Divagaciones sobre el origen de la vida
ADVERTENCIA: Por favor, ten en cuenta que el post preparado a continuación puede contener algo de jerga científica, por lo que puede no ser adecuado para toda audiencia. Si eres alérgico a los términos científicos, debes mantenerte alejado de esta publicación. Si decides seguir leyendo, es bajo tu propio riesgo.
¿Qué es la vida?
Una pregunta simple que requiere una respuesta compleja. Durante siglos hemos explicado el origen de la vida en un marco evolutivo, en términos de la formación espontánea de organismos simples a partir de la materia no viva.
La creencia original era que la Tierra había generado compuestos de carbono que gradualmente ganaban complejidad, y eventualmente formaron proteínas. Por lo tanto, lo que se supone es que las masas de proteínas desnudas transformadas en micela anunciaron el origen de la vida.
El problema es que cuando se generaron la mayoría de las teorías sobre el origen de la vida, nuestro conocimiento de la biología molecular era extremadamente limitado. De hecho, en el siglo XIX solíamos creer que el protoplasma (la materia que constituye la célula) no podía dividirse sin destruir sus funciones biológicas/metabolismo. Con el auge de la bioquímica nos dimos cuenta de la complejidad química de la célula. En particular, aprendimos que algunas proteínas, llamadas enzimas, podían catalizar reacciones metabólicas específicas incluso fuera de la célula. Por lo tanto, se hizo evidente que el origen de la vida no podía explicarse en términos del origen de especies moleculares individuales.
Durante años, nos centramos en el estudio de las proteínas, especialmente las enzimas y sus funciones catalíticas. Con las mejoras de las técnicas de microscopía, los biólogos se dieron cuenta de la importancia del núcleo de la célula, en particular, la de los cromosomas durante la división celular. Muy poco después, se hizo evidente que los factores de herencia estaban relacionados con el gen y que los genes estaban ubicados en los cromosomas. Entonces, se llegó a la conclusión de que no solo los genes debían poder reproducirse a sí mismos, sino que también tenían que controlar el desarrollo y el funcionamiento de su entorno, la célula. Los experimentos en las rutas biosintéticas sugirieron que había un vínculo directo entre el gen y la función catalítica de las proteínas en una correspondencia uno a uno, por lo tanto, un gen y una proteína (hoy en día sabemos que es más complejo que eso).
Hoy sabemos que las vías biosintéticas abarcan complejas cascadas de reacciones alimentadas por la síntesis de varios intermediarios. En 1945, Horowitz planteó la pregunta sobre cuáles eran las ventajas evolutivas para sintetizar dichos intermediarios. Él pensó que los primeros organismos que aparecían en la tierra eran heterótrofos, lo que significa que necesitaban nutrientes orgánicos para proporcionarles energía metabólica. Entonces estas moléculas deben haber sido originalmente absorbidas directamente como nutrientes del ambiente. Pero estos nutrientes, gradualmente, se habrían vuelto más escasos en el ambiente, por lo que había una ventaja evolutiva para que las células comenzarán a sintetizar estas moléculas por su cuenta. Esto significa que la capacidad evolucionó para sintetizar moléculas de un precursor, y luego un precursor de su precursor y así sucesivamente.Por lo tanto, lo que hoy conocemos como los primeros pasos en las vías de biosíntesis evolucionó de último. Cada nuevo paso evolucionó como resultado de la mutación genética, proporcionando nuevos genes para la síntesis de nuevas enzimas.
Esto cambió el concepto del origen de la vida, desde un origen estrictamente impulsado por proteínas a una teoría más genética de la vida. También se hizo evidente que las proteínas son más complejas de lo que originalmente se pensaba, armar algunos aminoácidos no era suficiente para impartir función a una proteína, el orden en que se ensamblaron estos aminoácidos resultó ser extremadamente importante.
Del trabajo de Watson y Crick aprendimos mucho sobre la estructura del ADN e inmediatamente aprendimos cuáles son los mecanismos para su autorreplicación. También aprendimos que el orden en el que se ensamblaron los componentes del ADN, las purinas y las pirimidinas, fue el código para sintetizar proteínas específicas y que el ARN mediaba las interacciones entre el ADN y las proteínas.
En la década de 1950 también comenzamos a ver las primeras computadoras y había mucho entusiasmo sobre la nueva era "digital". A los científicos se les ocurrió todo tipo de teorías y es fascinante ver cómo el concepto de von Neumann de autómata autorreproductor estuvo cerca de describir los pilares moleculares de una célula. Aquí hay una lista de los 4 pilares clave:
El ADN proporciona las instrucciones (escritas en el lenguaje de las secuencias de nucleótidos) que contienen toda la información necesaria para replicar una célula.
La ADN polimerasa es el duplicador.
ARN de transferencia es el traductor / adaptador para decodificar el mensaje en la máquina de ensamblaje.
El ribosoma es la máquina de ensamblaje universal que transforma las materias primas en herramientas esenciales para el funcionamiento de la célula.
Ni siquiera hemos detallado cuáles son todos estos engranajes en la maquinaria de la vida, pero obviamente son muy complejos. Incluso el concepto simple de "protoplasma" era tan complejo que era extremadamente improbable que fuera el resultado de un evento fortuito. Durante años, la gente ha estado haciendo la pregunta del huevo y la gallina: ¿qué fue primero, proteínas o ADN?
Tal vez ninguno de ellos. Lo más probable es que la vida se haya originado como un mensaje que se perpetúa a sí mismo, una molécula capaz de autorreproducirse y de utilizar el entorno que lo rodea para hacerlo. En otras palabras, era una molécula capaz de funciones autocatalíticas y eterocatalíticas. El ARN es una molécula que coincide con la descripción.
De hecho, en un laboratorio, los científicos pudieron generar ARN capaz de autorreplicarse utilizando los minerales a su alrededor como catalizadores (incluso si tomaba semanas hacer una copia de sí mismo). Hoy podemos pensar en el ARN como un mero vínculo entre las proteínas y el ADN, pero en la Tierra primordial, el ARN podría haber sido el primer prototipo de la vida. El gen y las proteínas probablemente fueron solo un subproducto evolutivo. Un accidente fortuito que dio forma a la vida tal como la conocemos hoy.
Este contenido es una traducción de una publicación original de @aboutcoolscience, quien es el autor (véase post original aquí). La traducción fue hecha por el usuario @angelt.
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Fuentes: