El origen da la vida, simplificado

El origen da la vida, simplificado
Por: Robert Shapiro
Profesor Emerito de Química e Investigador de la Universidad de New York

Resumen

El artículo comienza, con las ideas básicas del DNA, el cual contiene las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y el funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y de algunos virus. El papel principal de las moléculas de ADN es el de ser portador y transmisor entre generaciones de información genética, es decir su habilidad para replicarse.

La importancia del descubrimiento de este compuesto, es obvia, y a partir de esta idea se ha tratado de definir la vida, llegando a dos ideas muy importantes.

1.- La definición NASA
La vida es un sistema químico auto sustentable capaz de tener una evolución darwiniana

2.- El Replicante de Richard Dawkins
Por accidente se formo una molécula, que tenia la extraordinaria propiedad de replicarse a si misma.

En primera instancia el DNA se podría pensar que cumple con ambas propiedades y seria la explicación del origen de la vida. Pero…

La replicación del DNA se lleva acabo utilizando proteínas (que son compuestos diferentes al DNA, pues el primero esta conformado por nucleótidos y los segundos de aminoácidos), pero la codificación para producir dichas proteínas esta en el DNA, la pregunta que surge es ¿Qué fue primero las proteínas o el DNA?, si pensamos un poco esta pregunta nos lleva a un razonamiento circular parecido al juego ¿Qué fue primero la gallina o el huevo?, luego entonces el DNA como origen de la vida tiene un pequeño error que al parecer no puede ser salvado.

Este problema llevo a que las investigaciones se fijaran en otro acido nucleico, el RNA, que también tiene la propiedad de replicarse así mismo, y que no posee el problema antes mencionado.

Esta idea nos lleva a pensar que antes de las proteínas y el DNA, el primero fue el RNA, inclusive algunos investigadores de la talla de Walter Gilbert (Nobel 1986), le llaman a esta época evolutiva el RNA World (El mundo RNA)

La teoría del mundo RNA, explicaría el origen de la vida satisfactoriamente, Pero….

Los bloques estructurales que forman el RNA, son moléculas orgánicas complejas que contienen un sacárido, un fosfato y de una a cuatro bases nitrogenadas como sub-unidades. Generalizando podemos decir que: un nucleótido del RNA contiene de nueve a diez átomos de carbono, una gran cantidad de átomos de nitrógeno y oxigeno y el grupo fosfato, todos unidos en un muy preciso modelo tridimensional. Con estas características se pueden formar cientos de miles de millones de moléculas estables de tamaño similar pero que no son nucleótidos.

El científico Stanley Milller alrededor de 1953 propuso que descargas eléctricas ayudarían a formar este tipo de compuestos y aunque tuvo razón en compuestos más pequeños, moléculas tan grandes como a las que nos referimos son poco probables de aparecer. Como podemos apreciar el gran problema de esta teoría es la dificultad de obtener una molécula como el RNA.

Tal vez se pensaría que llegamos a un callejón sin salida ya que aceptar probabilidades tan inconmensurablemente altas solamente pueden ser llamadas milagros, fenómenos estos que caen fuera del campo de estudio de la ciencia…

Afortunadamente ideas enraizadas en el pensamiento del bioquímico Alexander Oparin y esquemas de Carl Sagan podrían darnos una explicación basada en la termodinámica del origen de la vida.

Definición Carl Sagan.

Una región localizada que incrementa el orden (decrece la entropía) a través de ciclos gracias a un flujo de energía se puede considerar vivo.

Obviamente estas ideas nos llevan a conceptos diferentes, este artículo solamente aborda cinco aspectos los cuales son los más importantes.

1.- Una barrera es necesaria para separar la vida de la no vida... La vida se distingue por tener un gran grado de organización, pero la segunda ley de la termodinámica nos dicta que el universo se mueve hacia el desorden (entropía). Un pequeño detalle teórico permite que la entropía decrezca en un área limitada siempre y cuando haya un incremento mayor de esta fuera del área. Por ejemplo: Cuando las células (orden) viven, crecen y se multiplican convierten energía química en calor que liberan al medio ambiente (desorden).

2.- Una fuente de energía es necesaria para que se de un proceso de organización. Ejemplo:
Nosotros consumimos carbohidratos, grasas que combinamos con el oxigeno que
respiramos como nuestra fuente de energía para mantenernos vivos.

3.- Debe de existir un mecanismo regidor que determine la energía que se usa para los procesos que producen y sostienen la vida.
Ejemplo:
Todos los días nuestras células consumen gramos de un nucleótido llamado ATP. La energía que se libera por esta reacción se utiliza para llevar acabo procesos bioquímicas que de otra manera serian muy lentos.

4.- Se tiene que formar una red química para que permita la adaptación y la evolución.
Este punto es la medula espinal de esta teoría que podemos resumir de la siguiente manera:
a) Formación del ciclo. La fuente de energía produce una reacción que convierte la molécula A en la molécula B.
Otras reacciones (de B a C, de C a D….) forman un ciclo de regreso a la molécula A. Las reacciones moleculares que no forman parte de este ciclo tienden a atraer más material.

b) Incremento de complejidad. Si un cambio de las condiciones impide que se inhiba una de las reacciones (supóngase la de C a D) entonces otras reacciones comienzan a suceder para mantener este ciclo (esto se puede dar con catalizadores o con alguna reacción circundante).

5.- La red tiene que crecer y reproducirse. Para sobrevivir y crecer la red tiene que ganar material mas rápido de lo que lo pierde. La difusión del material de la red hacia el mundo externo es favorecido por la entropía.

Un sistema de reproducción finalmente se tendría que desarrollar, por ejemplo, si nuestra red estuviera en una membrana de lípidos las fuerzas físicas lo separarían antes de que crecieran mucho.

Este tipo de teorías son conocidas con el nombre de Metabólicas (Metabolism First).

Podemos concluir que las teorías del origen de la vida se dividen en dos grandes clases: la de los replicadores (RNA World) y la metabólica. Ambas teorías tienen sus detalles, la primera tiene que explicar como es que una molécula tan complicada se pudo formar; la segunda debe de probar que las redes químicas pudieron formarse cuando la tierra era joven.