[Guión de la conferencia] Origen Bioquímico de la Vida

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[Guión de la conferencia]
Origen Bioquímico de la Vida
Ignacio Núñez de Castro S. J.
Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular
Universidad de Málaga
Profesor de Filosofía de la Naturaleza
1. Nota preliminar: Conviene desde el principio distinguir el problema de la
biogénesis o génesis de los organismos vivos sobre el planeta Tierra, tal como
los conocemos ahora, del problema de la generación espontánea.
2. Aristóteles aceptaba la generación espontánea para algunos organismos, como
podemos ver por el siguiente texto: “La operación que para los vivientes resulta
más natural de todas (para aquellos vivientes que se hallan perfectamente
desarrollados, carecen de defectos y no poseen una generación espontánea) es
la de producir otro animal igual a sí mismos”
3. Igualmente Aristóteles admitió la generación por corrupción (la conocida
genaratio ex corruptione) como un cambio de cualidad. “Aristóteles estudia el
«llegar a ser» y el « dejar de ser» en tanto que son por naturaleza y pueden
predicarse de todas las cosas (naturales). Este llegar a ser (generación) y dejar de
ser (corrupción) son especies de cambio estrechamente relacionadas con los
cambios de cualidad y los cambios de tamaño”. (J. Ferrater Mora, Diccionario
de Filosofía).
4. Es interesante observar que el problema de la generación espontánea no fue
resuelto hasta bien entrado el siglo XIX. Fue Louis Pasteur quien resolvió el
problema en su famoso experimento, por el que recibió en 1862 el Premio de la
Academia Francesa, al demostrar que en medios de cultivo enriquecidos a los
que se les privaba del contacto con el aire no crecían microorganismos. Se hizo
célebre el aserto: omne vivens ex vivo. Veamos las palabras de Pasteur: "Jamás
nacen espontáneamente los microbios dentro de las uvas, ni de los gusanos de
seda, ni dentro de otros animales, ni en la orina, ni en la sangre. Todos los
microbios proceden del exterior, pronto sabrá el mundo los milagros que se
derivarán de éste razonamiento". Había comenzado la era de la esterilización.
5. Por tanto, nos referimos únicamente al origen de la vida sobre el planeta Tierra.
Charles Darwin en el párrafo final del Origen de las especies hacía la siguiente
afirmación: “Hay grandeza en esta concepción sobre la vida, con sus diferentes
facultades, fue originariamente alentada por el Creador en una cuantas formas o
en una sola, y que, mientras este planeta ha ido girando según la constante ley de
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la gravitación, se han desarrollado, y se están desarrollando, a partir de un
comienzo tan sencillo, infinidad de formas cada vez más bellas y maravillosas”.
También Darwin se atrevió a insinuar una hipótesis de cómo hubiera podido
tener lugar el comienzo de los organismos vivos en una carta a su amigo Joseph
Hooker en 1871 en la que afirmaba: “Sin embargo, si pudiéramos concebir (¡y
cuán gran suposición implica este si!) la posibilidad de la formación química de
un compuesto proteico, en algún estanque cálido y pequeño, que contuviera toda
clase de sales fosfóricas y amónicas, que recibiera luz, calor y electricidad,
etcétera, compuesto que una vez formado podría sufrir otros cambios de mayor
complejidad, en las condiciones actuales este material sería devorado o
absorbido al instante”.
6. Sobre los años treinta tres científicos en áreas culturales muy diversas proponen
con más fundamento teórico la hipótesis sugerida en la carta de Darwin, de tal
manera que la hipótesis de la “sopa primigenia” va ganando plausibilidad. En
el Rationalist Annual en 1929, J. B. S. Haldane propone la idea de que la
aparición de la vida ha sido simultánea con el proceso de planetización. Haldane
pertenecía a la esfera de intelectuales ingleses afectos al partido comunista. Sus
escritos están teñidos de marxismo al que consideraba el sistema filosófico más
científico. Lanza la idea de que la atmósfera reductora es necesaria para la
evolución de la vida a partir de materia orgánica no viviente. En esas fechas
Pierre Teilhard de Chardin se encuentra en China y estaba a punto de terminar
el manuscrito del Fenómeno Humano. El mismo Teilhard afirma en el
Fenómeno Humano: “Estas páginas estaban escritas desde hacía mucho tiempo,
cuando tuve la sorpresa de descubrir su misma sustancia en algunas líneas
magistrales, recientemente redactadas por J. B. S. Haldane: En lo que llamamos
Materia no encontramos ninguna huella evidente de pensamiento ni de vida –
dice el gran bioquímico inglés-. (…) Si las perspectivas modernas de la ciencia
son correctas, podremos esperar encontrarlas, por lo menos en su forma
rudimentaria, a través de todo el Universo”.
7. Teilhard de Chardin en el fenómeno humano había también propuesto una
evolución química prebiológica. En palabras de Teilhard: “En una perspectiva
coherente del mundo, la Vida presupone inevitablemente y en lontananza la
Previda”.
8. Las grandes intuiciones de Teilhard de Chardin pueden resumirse:
• La vida supone una evolución química prebiológica.
• La célula es el grano elemental de la Vida como el átomo lo es de la
materia.
• La vida se da en el mesocosmos de la complejidad = heterogeneidad
organizada.
• La vida es una cualidad de la materia organizada
• La célula eucariota procede por simbiosis de procariotes, cumpliendo la
tendencia a la unión.
• Monofiletismo. Existe sólo un árbol de la vida
• El ser es evolución, es “duración”
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9. Unos años antes el bioquímico ruso Alexander I. Oparin en la Unión Soviética
había publicado una pequeña monografía en ruso (Proiskhozhdenie zhizny, El
origen de la vida) en la que se exponía detalladamente el caldo de cultivo o sopa
primigenia de tal manera que el oparinismo se convirtió en un paradigma para
explicar el origen bioquímico de los organismos vivientes sobre la Tierra,
aunque por aquel entonces no había ninguna evidencia experimental.
10. Sobre los años cincuenta el Químico descubridor del deuterio, Harold Clayton
Urey, Premio Nobel de Química en 1934, presenta su hipótesis sobre el origen
de los planetas. La hipótesis supone los siguientes pasos para la formación de
los planetas del sistema solar:
• El sistema solar tiene lugar a partir de una nube de gas y polvo
proveniente de una primitiva supernova.
• Concentración de 99% de la masa en el centro.
• Formación de los protoplanetas.
• Formación del sistema solar maduro.
• Bombardeo de asteroides. Formación de la luna
• Todo ocurrió hace 4.600 millones de años
• En medio de una atmósfera reductora
11. En el año 1953, un joven estudiante Stanley Miller (Science, 1953, vol. 117, p.
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Construyó un aparato cerrado de circulación continua en la que introdujo los
siguientes gases: H2, NH3, CH4, CO2 y vapor de agua sometiendo la mezcla a
descargas eléctricas. A las 48 horas el resultado del experimento fue la
formación de las siguientes substancias químicas: ácido fórmico, ácido acético,
ácido propiónico, urea, ácido aspártico, ácido iminoacético, ácido succínico,
ácido glutámico, glicina, sarcosina, ácido glicólico, alanina, N-metil-alanina,
ácido láctico, ácido alfa-aminobutírico y alfa-aminoisobutírico. El experimento
de Miller mostraba la posibilidad de la obtención de amino ácidos en un
proceso abiogenético en condiciones semejante a las de la atmósfera primigenia
de la Tierra.
12. En el año 1969 cayó en Murchison (Australia) un meteorito carbonáceo. El
análisis de los componentes orgánicos contenidos en el interior del meteorito dio
como resultado prácticamente los mismos componentes y en las mismas
proporciones que los contenidos en el análisis del experimento de Miller.
13. Experimentos posteriores sobre todo los llevados a cabo por el español Juan Oró
demostraron la posibilidad de pseudo-polimerización del ácido cianhídrico
(CNH) para dar la base adenina (que responde a la fórmula elemental: C5N5H5),
una de las cuatro bases que se encuentran en los ácidos nucleicos DNA y RNA.
También pudo demostrarse en idénticas condiciones la formación de azúcares a
partir de aldehído fórmico. La aparición de micelas dotadas de una membrana,
semejante a la de los organismos vivos, es una características de los lípidos
formados por cabezas polares y colas apolares
14. “Se puede fácilmente inferir que la complejidad en todas las variedades
modernas de la vida también estaría presentes en un antecesor común”, dice
Orgel. Luego parece congruente pensar que los organismos primitivos tendrían
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como componentes esenciales: los mismos amino ácidos proteinogenéticos y las
mismas bases de los ácidos nucleicos.
15. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que aunque estos experimentos demuestren
que es posible la formación abiótica de los componentes de que están formados
los seres vivos, aún estamos lejos de la obtención de un microorganismo vivo
complejo. Aunque tuviéramos en un almacén todas las piezas para la
construcción de un Airbus, aún estamos lejos de tener el avión con capacidad de
volar.
16. Varios autores han puesto de manifiesto la posibilidad de heteropolímeros de
aminoácidos (proteinoides de Sydney Fox) e incluso la posibilidad de
coacervados artificiales (Oparin) en los que se han incluidos proteínas
enzimáticas y que están dotados de un rudimentario metabolismo. A pesar de
ello estamos aún lejos de un microorganismo.
17. Una gran dificultad surge: los fenómenos vitales, tales como los conocemos
ahora, suponen la secuencia siguiente: DNA (donde se acumula la información),
transcripción a RNA y traducción mediante el código genético universal a una
proteína. Pero para la obtención del DNA se necesitan también proteínas. Este
bucle parece pues insalvable
18. Sin embargo, en la década de los 70s tres investigadores Leslie E. Orgel, Carl
Woese y Francis Crick llegan independientemente a la misma conclusión: ha
de buscarse la vida primigenia no en el DNA sino en las moléculas del RNA, lo
que se ha llamado: el mundo del RNA.
19. La hipótesis del mundo del RNA está soportada por seria razones:
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Los ribonucleótidos que forman el RNA son más fácilmente
sintetizados que los desoxinucleótidos que forman el DNA.
El DNA puede ser sintetizado a partir de DNA.
El RNA puede autoreplicarse in vitro a partir de una hebra molde
y presencia de ribonucleótidos.
En 1983 se descubre la capacidad catalítica del RNA por Thomas
R. Cech y Sydney Altman. Hoy día se conocen más de 500
ribozimas.
Los RNA que se encuentran en los ribosomas (Harry F. Noller)
tienen parece ser que son los encargados de formar los en laces
peptídicos entre dos aminoácidos, lo que confirmaría una
prioridad del RNA sobre el DNA en el origen de los organismos
vivos.
Una vez que se hubieren obtenidos gran variedad de proteínas en
el mundo del DNA, parecería lo más congruente que se diera el
comienzo del mundo del DNA-RNA-proteínas tal como hoy lo
conocemos.
20. ¿Cómo serían estos primeros organismos? El hallazgo de microfósiles del
Precámbrico remonta los orígenes de los organismos vivos sobre el planeta
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Tierra a 3.47 x 109 años y serían muy semejante a los estromatolitos modernos
encontrados en Shark Bay (Australia) y en otros lugares de EE.UU.
21. Otras de las cuestiones que se plantean es la elección por parte de los
organismos vivos de los isómeros ópticos para los aminoácidos (todos los
aminoácidos que se encuentran en los seres vivos, salvo rarísimas excepciones,
pertenecen a la serie L, y lo mismo puede decirse de los azúcares que pertenecen
a la serie D. En una síntesis prebiótica lo lógico es pensar que se formaran las
mezclas racémicas de los correspondientes enantiómeros.
22. Algunos autores (F. Aragón de la Cruz y James P. Ferris) han puesto de
manifiesto la importancia de catalizadores inorgánicos como las arcillas, la
montmorillonita. “Si se introducen entre las láminas mezclas de substancias
orgánicas, también se ordenan en función de las proporciones moleculares que
hay entre ellas, o bien la arcilla las selecciona tomando solamente uno de los
componentes de la mezcla”.
23. ¿Cómo aparecieron los primeros organismos eucariotas, dotados de un núcleo
bien definido a partir de los procariotas? Teilhard de Chardin adelantó una
hipótesis robustecida hoy día. Decía Teilhard en su pequeña obra El grupo
zoológico humano“: Por granulosa y discontinua que haya podido aparecer a sus
comienzos la capa de materia vitalizada, ya desde la fase elemental, una red de
afinidades y atracciones profundas reunía y tendía a acercar cada vez más
estrechamente sobre sí misma, en una amplia simbiosis, esta multitud
innumerable de partículas tan cargadas de potencia germinal”
24. Lynn Margulis en varias de sus obras ha puesto de manifiesto como la célula
eucariota tanto animal como vegetal puede venir por simbiosis de
microorganismos procariotas: “La división entre bacterias y aquellas células
nuevas es realmente la más espectacular que se da en toda la Biología. Vegetales
animales hongos y protistas están basados en el diseño nuclear de la célula,
distinción que refleja la herencia común de estos organismos”. Y “Las nuevas
células son confederaciones bacterianas”.
25. Tanto la intuición de Teilhard de Chardin como la hipótesis de Lynn Margulis
soportan el monofiletismo. Veamos las palabras de Teilhard: “Considerada en su
totalidad la sustancia viviente extendida sobre la Tierra dibuja, desde los
primeros estadios de su evolución, las alineaciones de un único y gigantesco
organismo”.
26. Como hemos podido ver muchos puntos quedan aún por esclarecer en el origen
bioquímico de la vida. Veamos estas palabras de Leslie E. Orgel: “Los
acontecimientos precisos que dieron lugar al mundo del RNA aún permanecen
oscuros. Por lo que podemos ver, los investigadores han propuesto muchas
hipótesis, pero las evidencias a favor de cada una de ellas son como mucho
fragmentarias. Los detalles completos de cómo el mundo del RNA y la vida
emergieron puede ser que no sean revelados en un futuro próximo. Sin embargo,
en tanto cuanto los químicos, bioquímicos y biólogos moleculares cooperen en
experimentos más ingeniosos, completarán seguramente muchas piezas perdidas
del puzzle”.
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27. A pesar de lo dicho anteriormente podemos llegar a algunas conclusiones:
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La vida, que aparece para nosotros en el mesocosmos, es una cualidad de la
materia organizada materia que tiende a multiplicarse y diferenciarse.
Existe una evolución química prebiológica
La vida, como la conocemos, comenzó sobre el planeta Tierra hace unos 3.53.8 x 109 años.
Pudo darse una síntesis abiótica de los aminoácidos, azúcares y bases de los
ácidos nucleicos.
La célula (procariota) es el grano elemental de vida.
La célula eucariota proviene probablemente por simbiosis a partir de
organismos procariotas.
Existe una complejidad siempre creciente que lleva a la aparición de
propiedades emergentes. La emergencia por excelencia es la aparición de la
conciencia reflexiva.
28. Quedan muchas preguntas pendientes que transcienden la mera descripción
bioquímica de la aparición de los organismos vivos sobre el planeta Tierra:
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¿Existe, como diría Teilhard de Chardin una “gravedad” de la Complejidad?
¿Es decir existe una tendencia evolutiva hacia una complejidad siempre
creciente?
¿Puede hablarse de una ortogénesis de fondo?
¿Cómo funciona la causalidad?
¿Es posible y/o pertinente pensar en una causa final en la biogénesis?
¿Dónde colocar la “emergencia”?
¿Se da una “teleonomía” ( Monod), “teleología interna” (Ayala)?
¿Puede tener algún lugar el indeterminismo, la elección, la libertad?