Previo
Carlos von der Becke - Biología 27
Previo
Carlos von der Becke - Biología 27
MODULO II UNIDAD 1 CAPITULO 2
2. HIPOTESIS DEL ORIGEN DE LA VIDA.
Acerca del origen de la vida, podemos clasificar dos puntos de vista no inconciliables:
1. Hipótesis creacionistas
2. Hipótesis explicativas en términos de causas microscópicas materiales y físicas, de las posibles etapas iniciales de la vida
No son inconciliables para un creyente que reconoce que Dios está en todas partes, incluso en los biotopos donde se concretarían las hipótesis explicativas.
Las hipótesis creacionistas no podrían ser científicas en este sentido: se exigiría duplicar experimentalmente las condiciones del origen de la vida en presencia de Dios y en ausencia de Dios (tratamiento y blanco, respectivamente); para el creyente, como queda dicho, el ensayo en blanco sería imposible de configurarse, ya que Dios tambien estaría en él.
El resto de las hipótesis sobre la biopoyesis u origen de la vida quedan casi en el límite entre lo aceptable y lo inaceptable por la ciencia, en tanto en cuanto que se puedan hacer ensayos confirmatorios con un blanco no criticable. Esto aún no se ha logrado.
Un tipo de hipótesis explicativas reside en afirmar que la vida viene del espacio (panespermia) o de un planeta favorable para las reacciones autorreplicantes donde surgieron seres vivos de otra configuración con laboratorios de exobiología muy avanzados (panespermia dirigida, hipótesis de Cricks y Orgel).
Otro tipo de hipótesis explicativas alega que la vida de nuestro planeta tierra se caracteriza por tener los elementos C H O N S y P que tambien abundan tanto en la corteza como en los gases volcánicos emitidos en el fondo del océano. Si la vida surgió en la corteza, Günter Wächtärhäuser propone que sean las piritas ("piritas genéticas") en plena formación
Si en cambio la vida surgió cerca de los escapes de
gases volcánicos,
tambien allí debe ser condición necesaria que se
produzcan compuestos
que desarrollen su capacidad de autorreplicarse. Una
vez fijado ese
fenotipo, por fuerza se debieron producir
errores
heredables, que ocasionalmente originaban
generaciones de moléculas
que se replicaban más eficientemente que sus
predecesores (regla 33). Si alguna
vez esas generaciones de moléculas, en simbiosis con
otras, lograban
entre todas ubicarse en el borde entre el orden y el
caos (lectura 16), la condición suficiente ya estaría dada y con el
tiempo se llegaría
a la vida del RNA.
Por caldo primordial entendemos un medio acuoso
localizado en algunas regiones a£n no identificadas, con
sustancias orgánicas
sintetizadas por alguna combinación del sol, los gases
volcánicos y los rayos eléctricos,
acumuladas durante
siglos y siglos. Por ejemplo dióxido de carbono y luz solar
generando ácido
fórmico que se acumula. El viento moja con ese caldo
a la pirita o arcilla,
que luego seca el sol. Allí pueden aparecer
reacciones con agua como
producto final. La reacción ocurre con las moléculas
antes disueltas
adheridas ahora a la pirita o arcilla. En esa interfase, la
pirita o arcilla genética,
con las fallas superficiales y los defectos puntuales
que la caracterizarían,
podría generar productos derivados tanto de la
pirita o arcilla como de las
sustancias orgánicas, parecidos al patrón que lo
generó, esto es,
con esos defectos y fallas. Se puede así incluso
especular que en
esa interfase se llegarían a establecer presiones de
selección, esto
es, condiciones ambientales para que suceda con mayor
rapidez un tipo
de mecanismo que otro. Esas presiones se concretarían
al encontrar
alguna estructura defectuosa o mutante que tenga el
tamaño y la forma
convenientes como para sorber mejor algunas
sustancias orgánicas del
caldo adaptadas para una duplicación y con ello
prevalecer en velocidad
de autoproducción frente a otras estructuras algo
diferentes (tambien
mutantes). Asimismo esas mutantes pueden llegar a
adquirir un borde
o una saliente tales que el producto autorreplicado
sea más veloz
en aparecer allí que en otras zonas. Estamos pidiendo
aquí que las
piritas o arcillas genéticas se vuelvan a producir
espontaneamente sobre la
base de piritas o arcillas preexistentes. Esto describe un
proceso no-lineal
de autocatálisis a la manera de un éster en ausencia
de agua + un
ácido como catalizador, que genera ese mismo
catalizador, que ahora
es producto y catalizador a la vez + agua. Entonces
algunos "ésteres
secos" (alimento abiótico fabricado por el sol o los
rayos) + una
"pirita o arcilla genética", propaga esa misma pirita o arcilla
genética que ahora es
producto y catalizador a la vez + agua. Esto es, E
en presencia de
A genera más A y el subproducto W a descartar
proveniente de la reacción. E
es uno de los componentes del caldo primordial que el
viento dejó
como espuma viscosa a
secar al sol
sobre la interfase de A, la pirita o arcilla genética. En la
medida que W no
abunde (por evaporación) la pirita o arcilla genética puede
crecer cada vez
que el viento le aporte más espuma. Es imposible
imaginar algun origen
de la vida sin alguna no- linealidad primigenia o
ancestral
A El material (la pirita o arcilla apta para
duplicar su estructura)
presentaría entonces características fisicamente
manifiestas (en una
palabra, un fenotipo) con las que modificar al
ambiente cercano y
autoduplicarse parcial y lentamente. En ambiente
favorable su fenotipo
se podría ir volviendo poco a poco más complejo. En
un momento dado
apareció un nuevo tipo de genes gracias a que dentro
de ese nicho
modificado por el fenotipo se podrían acumular
compuestos favorables,
más concentrados que en otros sitios alternativos. Si
esos nuevos
genes pasaban de 0 a 1, de apagado a encendido, más
rápido, entonces
resultaban ser más eficaces que los fenotipos
primitivos. Por presión
selectiva podían ir controlando lentamente a dicho
fenotipo y en un
momento dado pasar a dominar la constitución del
entorno. De esta
manera podríamos explicar, penosamente (porque los
intentos de imitarlo
en el laboratorio no son fáciles), cómo un sistema
menos complejo
da origen a un sistema más complejo. Necesitamos
postular la autoorganización
de un sistema que sea, como señala la teoría, un sistema
abierto provisto de fuentes externas de energía química (resultante
en parte por siglos de energía solar concentrada) que lo alejen
de las condiciones
de equilibrio. La "transición de fase" desde un
sistema autorreplicante
menos complejo a otro más complejo no se podría
justificar si no hubiese
un real apartamiento del equilibrio. El orden se trueca con energía
aprovechable, que nunca puede estar
en el equilibrio si la suponemos disponible.
En el equilibrio
hay muerte,
pero no orden biológico. En las figuras siguientes se
esquematizan
algunas de estas ideas.
Fig 1. Los nuevos genes que se pudieron formar
en presencia de un fenotipo ancestral lo fueron
controlando gradualmente hasta
dominarlo. Llegamos así a la posibilidad de
desarmar, por inútil,
el subsistema primitivo que permitió el armado de un
nuevo sistema
algo más complejo, con una autoorganización superior.
El "andamio
de pirita o arcilla y de espuma" ya no se encuentra, ya que es
peso muerto
ineficiente. Ver figuras ABB. Fig ABB Piedras con una
coordinación
extraordinaria que caen "fortuitamente" en una zona
Fig ABC Arco
de piedra formado por piedras de la fig ABB Fig ABD
Andamio de piedras
que sirve para armar encima un arco de piedras que
forma un puente
"de mayor complejidad" Fig ABE El andamio se ha
retirado, ver fig
ABA. Interpretemos las figuras. El sistema no-lineal
que caracteriza
a la vida en el planeta surgió, no por casualidad como
en la figura
ABC, sino por una etapa, que resultó intermedia, de una vida
autorreplicante
de muy baja complejidad. A su amparo (y con suficiente
energía aprovechable para pagar el orden generado) se fue
perfeccionando, por presiones
de selección, otro sistema más avanzado en su
complejidad, hasta llegar
a posibilidad final de independencia y
autosuficiencia. Se necesitaron centenares de millones
de años. Abundan las razones para que las moléculas
orgánicas y entre
ellas los polinucleótidos se hayan introducido en el
pequeño sistema
coloidal autorreplicante. Algunos aminoácidos y
ácidos como los di
y tricarboxílicos consiguen aumentar la solubilidad
de los iones de
aluminio de la arcilla. Algo similar se puede proponer
tambien para la pirita. Actuarían como catalizadores
para formar nuevas
arcillas o piritas. Hay que aclarar que una vida basada en
piritas o en arcillas tiene muy
poca versatilidad y delicadeza, ya que los compuestos
del carbono
las superan en posibilidades. La oxidación de los
compuestos del carbono
puede suceder por etapas y no solamente de un golpe.
¿Cómo se introdujeron
los compuestos orgánicos en medios aptos para
recibirlos? Se puede
decir, como ya se ha señalado, que moléculas
orgánicas simples se
pueden sintetizar con el sol o con los rayos durante
las tormentas.
Pero hemos dicho simples (por ejemplo ácido fórmico a
partir de dióxido
de carbono y luz) y con ellas y sin las enzimas, que
surgieron muchísimo
después, falta un tramo difícil de explicar. Porque
se necesitan moléculas
muy complejas para la vida actual. Las síntesis de
algunas de esas
moléculas a partir de otras simples que algunos
químicos imaginativos
han postulado, rayan en lo increíble (por ejemplo un
choque quíntuple)
y para la mayoría ni siquiera hay pistas imaginativas
propuestas.
VIDA DEL RNA - Si estos chicles de piritas, o estas
arcillas, o estas
regiones cercanas al escape de gases volcánicos en el
agua (que tambien
se podrían visualizar como alimentando en forma de
olas que enseguida
se retiran, a rocas basicamente secas), son el origen de
las formas primitivas de vida, los científicos no las encuentran.
Fueron los andamios
para una construcción más definitiva, construcción o
forma de vida
basada en una rara biomolécula, la del RNA. Esta sí se encuentra y sigue
actuando, con funciones amplificadas. La idea
es sencilla de
entender siguiendo los ideogramas presentados por
Cairns - Smith.
Fig
Un puente no se construye con piedras caídas desde la
montaña por
casualidad, sino primero exige la preparación de un
andamio que permite
su misión auxiliar de sostén y que luego no tiene
razón de seguir
estando, por lo que desaparece sin dejar rastros. En
la vida del planeta,
el andamio podría haber sido la pirita (primero
mojada, por ejemplo, por
gas volcánico disuelto en agua y luego seca), con lo
cual evitamos frenar
la reacción prebiótica autorreplicante por el exceso
de agua. El RNA
pudo haber servido casi como un organelo de sostén de
la protocélula,
Fig
que por sus posibilidades propias de autorreplicación
pudo haber eliminado
el andamio al cual se incorporó en un dado momento.
El RNA como explicación
de las etapas primeras de la vida, tiene sus
adversarios: Joyce y
Orgel escriben de ella:
Aunque es bastante cierto, en los laboratorios se va juntando
paulatinamente
mayor evidencia de su versatilidad en condiciones especiales.
ETAPAS DE LA VIDA DEL RNA.
Esquematicamente existiría primordialmente algun
chicle que sería
luego el andamio de la vida.
El RNA es una de las tantas moléculas que se
producirían en el
chicle, para lo cual la química involucrada no es
nada sencilla
ni facil de explicar por pequeños pasos materiales.
El RNA aprendería a autocopiarse, como se está
autocopiando el chicle-andamio.
Pasaría a ser un organelo de ese andamio, ayudándolo
en su estabilidad
mecánica, como a veces se lo encuentra haciendo hoy
en día en algunas
formas biológicas.
El RNA con la ayuda de una proteína genera esa
proteína que reconstruye
a otra molécula de RNA. Entre el r-RNA y la RNA-
polimerasa, con bases purínicas y pirimidínicas,
con amino-ácidos y pentosas, juntan los ingredientes para armar
un sistema autorreplicante.
El organelo autoduplicante no necesita más del
andamio que le dió
origen y entonces forma su propio complemento de
moléculas (protometabolismo).
En esta transición de fase el sistema se ubicaría
quizás en el borde
entre el orden y el caos y generaría moléculas de
complejidad y capacidad
catalítica creciente.
El RNA tiene una sola cadena desde su parte superior
hasta su parte inferior: se dice que es
monocatenaria. con ayuda de una proteína y en presencia de
otro tipo de pentosas, genera otra tercera
proteína con
la cual se retrotranscribe a sí misma como DNA
inicialmente monocatenario
y luego bicatenario.
Es la ruta que va del RNA al DNA, a contramano de la que hoy utiliza la vida,
que comienza con el DNA y sigue por etapas intermedias de RNA.
DNA es ácido desoxirribonucleico y RNA es ácido ribonucleico.
FIN DE LA VIDA DEL RNA Y COMIENZO DE LA VIDA DEL DNA
bicatenario autorreplicante.
-----------------------------------------------------
-----
Comienzo
|
DNA en su versión monocatenaria -<<------ RNA -------
-->> Proteína
| | | | |
|
| <<--------------------------------------
---------
|
DNA en su versión bicatenaria - Fin
-----------------------------------------------------
-------------------------
NOMBRE DE LAS PROTEINAS de izquierda a derecha
DNA-replicasas y ligasas, DNA-polimerasas y
maturasas, histona IV
en eucariontes
Retrotranscriptasa o transcriptasa reversa
RNA-polimerasa
Amino-acil RNA-t sintetasas (un alto número de ellas)
Corresponde señalar que el flujo de información de
este diagrama evolutivo
comienza con el RNA, genera primero el ramal derecho
y luego revierte
hacia el ramal izquierdo, volviendo a usar el RNA
como trampolín.
Esto no coincide con el flujo en un diagrama actual,
que es Si la evolución hubiese seguido
ese camino, las
dificultades a superar crecerían fuertemente en la
primera etapa frente
a las de este otro camino biologicamente más fácil.
Información de diferentes fuentes, especialmente de
JOHN HORGAN, En
el principio, Investigación y Ciencia, abril 1991, No
175, pag 80.
CAIRNS-SMITH
E------->A + W
"es una molécula inepta".
DNA -->>
RNA --->> Proteínas.
Previo
Siguiente