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BIOLOGÍA

Los cuatro primeros pasos de la vida

Las grandes invenciones de la evolución que hicieron de la Tierra un planeta vivo

Maximiliano Corredor - 05/03/2012
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Los cuatro primeros pasos de la vida Ilustración: Gonzalo de las Heras

Parte del ritual que acompaña al cambio de dígito en la cuenta que lleva la Humanidad de las vueltas que da alrededor del Sol es la elaboración de listas con lo mejor del año, la década e incluso el siglo. Ampliando en varios órdenes de magnitud la escala, ¿puede hacerse lo propio con los más de 3.500 millones de años de evolución de la vida?

Varios divulgadores lo han intentado. El bioquímico inglés Nick Lane publicó en 2009 'Life ascending', libro en que lista las diez grandes invenciones de la evolución. Diez años antes, el biólogoteórico inglés John Maynard Smith había firmado junto al húngaro Eörs Szathmáry el ensayo 'The origins of life'. En él, cifran en ocho los cambios con mayores consecuencias para el curso de la evolución. Distan de ser los únicos ejemplos, pero todos repiten los mismos eventos, quizá por sus tremendas consecuencias evolutivas, presentes en todos y cada uno de los seres vivos.

Autorreplicación

Cuando Charles Darwin enunció su teoría de la evolución, renunció a abordar el mayor problema de todos: el origen de la vida. La selección natural, el mecanismo por él propuesto para explicar el origen de las especies, necesita que ya exista una especie primordial, un primer grupo de seres vivos capaces de producir copias casi perfectas de sí mismos, de reproducirse.

Pero, ¿qué es un ser vivo? ¿Cuál es la mínima expresión a la que puede reducirse un organismo y seguir realizando las funciones vitales? La primera es una pregunta casi filosófica; para la segunda, puede hallarse una respuesta científica. Experimentos en laboratorio han llegado a demostrar que sistemas moleculares muy básicos son capaces de cumplir el mandato bíblico de crecer y multiplicarse, siempre que haya nutrientes en el medio. Y estos sistemas evolucionan siguiendo las reglas darwinianas de adaptación al medio.

Las primeras moléculas autorreplicantes -capaces de producir otras idénticas aellas mismas- probablemente funcionaban como las ribozimas, unas moléculas deARN -el hermano menos famoso del ADN- presentes en todas las células de los seres vivos y que son capaces de llevar a cabo diversos tipos de reacciones químicas. El ejemplo más notable en esta línea de investigación quizá sea un trabajo de Tracey A. Lincoln y Gerald F. Joyce publicadoen la revista 'Science'en 2009. Estos investigadores obtuvieron dos moléculas de ARN capaces de producir copias recíprocas de sí mismas a partir de elementos más simples, en este caso, cuatro cadenas más cortas de ARN.

Para que un sistema así sea sostenible, debe contar con acceso a elementos aún más simples, generados de manera espontánea en la 'sopa primordial'. Queda mucho por investigar en esta área, pero está claro que, en un determinado momento, surgió una colección de moléculas capaces de sintetizar copias de sí mismas, que dio inicio a la evolución que conduciría a la aparición del ADN y la maquinaria en éste codificada para su replicación.

El código genético

La molécula portadora de la información genética es en todos los seres vivos el ADN. Pero, por sí solo, el ADN es bastante inútil, ya que no posee ninguna actividad química, por lo que es incapaz de producir copias de sí mismo. Así que no pudo ser la primera molécula autorreplicante. El ADN es una especie de cadena de eslabones de cuatro tipos de metal, lo que lo hace ideal para servir de almacén de información, para formar largas palabras en las que sólo aparecen cuatro letras -A, C, T y G- en cualquier orden y longitud. La traducción de esa información en proteínas capaces de realizar reacciones químicas requiere de lo que se conoce como código genético, un sistema que lea las letras del ADN y las transforme en una proteína específica. Todos los seres vivos utilizan las mismas letras de ADN para fabricar la misma proteína y, en todos, la maquinaria del código genético está formada por ribozimas.

Que esto sea así es consecuencia -y, por tanto, prueba concluyente- del origen evolutivo común de todos los seres vivos. Carl Woese, en 1967, y Leslie Orgel y Francis Crick, en 1968, plantearon la posibilidad de que el ARN fuesela primera molécula portadora de la información genética. La teoría fue desarrollada en 1986 por Walter Gilberty vino a conocerse como'mundoARN'. Postula un estado evolutivo anterior en el que el ARN desempeñaría las funciones que en los seres vivos actuales realizan, por un lado, el ADN y, por otro, las proteínas. La teoría plantea un escenario de evolución gradual, de ribozimas que sintetizan proteínas capaces de realizar un mayor abanico de reacciones químicas, de modo que, poco a poco, las moléculas de ARN quedan relegadas a meras portadoras de información de cómo sintetizar estas proteínas, función que, finalmente, pasa a ser desempeñada por el más estable ADN. Para la teoría del 'mundo ARN', cada célula es un fósil viviente que contiene en la maquinaria del código genético los restos de un tipo de vida anterior al actual.

La membrana celular

Una cosa son unas cuantas moléculas flotando en la proverbial sopa prebiótica y otra muy distinta la increíblemente compleja maquinaria metabólica que cualquier servivo necesita. La aparición de sistemas autorreplicantes, no digamos ya del código genético, requiere de la existenciade una barrera física que separe y diferencie el interior del ser vivo del medio exterior, que permita que todas estas moléculas interconectadas permanezcan agrupadas y no se diluyan en el océano. En los seres vivos actuales, esa función es desempeñada por la membrana lipídica celular.

El científico soviético Alexander Oparin ya incidió en1924, en 'El origen de la vida', en la necesidad de encapsulamiento del material autorreplicante. También observó de manera experimental la facilidad de ciertos lípidos de formar vesículas de doble capa, especie de burbujas de grasa con material biológico dentro, que hoy conocemos como liposomas. Existen diversas teorías acerca del orden en que se produjeron estos primeros grandes pasos evolutivos, así como alternativas a las vesículas lipídicas como primer confinamiento de los sistemas 'vivos'. Unas apuestan por celdillas metálicas en las fumarolas de las profundidades oceánicas. Otras, por superficies arcillosas. Antes o después, las membranas lipídicas entraron en escena y, por fin, puede hablarse de evolución de organismos definidos, de seres vivos como los que hoy día dominan la faz de la Tierra.

La fotosíntesis

El primer invento evolutivo del que tenemos evidencia fósil es la fotosíntesis, la capacidad de crear materia orgánica a partir de CO2 utilizando como fuente de energíala luz solar. Los restos de seres vivos más antiguos conocidos son los estromatolitos, unas rocas de más de 3.500 millones de años que pueden encontrarse en el oeste de Australia y que no son otra cosa que la petrificada acumulación, capa tras capa, de un ecosistema microbiano formado por bacterias capaces de realizar la fotosíntesis. El crecimiento de los seres vivos depende de la presencia de material orgánico a su disposición. En un principio, este material se formaría de manera abiótica y espontánea, pero la vida no podría prosperar plenamente hasta no controlar este proceso.

Existen maneras alternativas a la fotosíntesis, algunas hoy recluidas en ambientes muy extremos, como las fumarolas marinas. La ventaja que presenta la fotosíntesis es la ubicuidad de los recursos necesarios, luz y CO2, lo que permite colonizar cualquier lugar de la superficie terrestre con agua líquida. Pero la capacidad de sintetizar su propia materia en abundancia no tiene consecuencias solo para el desarrollode los organismos fotosintéticos, sino también para los demás seres vivos y, por primera vez, para el planeta en su conjunto.

Como producto de desecho, la fotosíntesis genera oxígeno, molécula altamente reactiva, prácticamente ausente de la Tierra primitiva y tóxica para la vida hasta ese momento. Su acumulación provocó la mayor extinción masiva de la historia al acabar con todas las formas de vida que no se adaptaron a respirar el gas letal, la oxidación de todos los mineralesde la corteza terrestre, así como la primera glaciación al quemarse todo el metano atmosférico, desapareciendo así su potente efecto invernadero.Con la aparición de la fotosíntesis, la química planetaria cambió radicalmente. Desapareció todo rastro de la vida primigenia, pero surgieron nuevas formas de vida, más complejas y activas que las anteriores gracias al uso del tóxico, pero altamente energético, oxígeno en el proceso inverso, la respiración. Gracias a la fotosíntesis, existe toda la diversidad biológica actual.

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