CALCULANDO LAS PROBABILIDADES DE QUE LA VIDA

CALCULANDO LAS PROBABILIDADES DE QUE LA VIDA COMENZARA POR AZAR
Escrito por Kanijo en Biología, Pensamiento Crítico. En: Ciencia Kanija.
2009. mayo 01
Mucha gente, tal vez la mayor parte, odian la idea de que la vida pueda depender de procesos
aleatorios. Es una tendencia humana buscar significado y, ¿qué podría tener más significado que la
creencia de que nuestras vidas tienen un propósito superior, que toda la vida está, de hecho, guiada
por una inteligencia suprema que se manifiesta a sí misma incluso al nivel de las moléculas
individuales?
Los defensores del diseño inteligente creen que los componentes de la vida son tan complejos que no
sería posible producirlos a través de un proceso evolutivo. Para apoyar su argumento, calculan las
posibilidades de que una proteína específica pueda ensamblarse por azar en el entorno prebiótico.
Las probabilidades contra tal ensamblaje por azar son tan astronómicamente inmensas que una
proteína requerida para que se iniciara la vida posiblemente no podría haberse ensamblado por azar
en la joven Tierra. Por tanto, continúa el argumento, la vida debe haber sido diseñada.
No es mi propósito argumentar contra esta creencia, pero el diseño inteligente usa una herramienta
de la ciencia – la estadística o cálculo de probabilidades – para hacer tal mención, por lo que usaré
otra herramienta de la ciencia, que es proponer una hipótesis alternativa y probarla. En las células
vivas, la mayor parte de los catalizadores son enzimas proteínas, compuestas de aminoácidos, pero
en la década de 1980 se descubrió otro tipo de catalizador. Estas moléculas de ARN compuestas de
nucleótidos son actualmente conocidos como ribozimas. Debido a que una ribozima puede actuar
como catalizador y portador de información genética en su secuencia de nucleótidos, se ha propuesto
que la vida pasó a través de una fase de Mundo de ARN que no requería ADN y proteínas.
Para el propósito de la columna de hoy, abordaré el cálculo de probabilidades de que una ribozima
específica se ensamblase por azar. Supongamos que la ribozima tiene 300 nucleótidos de largo, y que
cada posición podría estar cubierta por cualquiera de los cuatro nucleótidos presentes. Las
probabilidades de que se ensamble tal ribozima son de 4300, un número tan grande que tal vez no se
diera por azar ni siquiera una vez en 13 000 millones de años, la edad del universo.
¡Pero la vida se inició! ¿Podría ser que no estemos saltando algo?
La respuesta, por supuesto, es sí, lo estamos haciendo. El cálculo asume que una ribozima específica
debe sintetizarse para que se inicie la vida, pero no es esta la forma en que funciona. En lugar de esto,
vamos a hacer la plausible suposición de que un número enorme de polímeros aleatorios se
sintetizan, los cuales están sujetos a la selección y evolución. Esta es la hipótesis alternativa, y
podemos probarla.
Ahora voy a recordar un experimento clásico de David Bartel y Jack Szostak, publicado en la revista
Science en 1993. Su objetivo era ver si un sistema completamente aleatorio de moléculas podía pasar
por la selección de tal forma que especies definidas de moléculas surgieran con propiedades
específicas. Empezaron sintetizando muchos billones de moléculas distintas de ARN de unos 300
nucleótidos de largo, pero los nucleótidos eran todos de secuencias aleatorias. Los nucleótidos, por
cierto, son monómeros de los ácidos nucleicos ADN y ARN, así como los aminoácidos son monómeros,
o subunidades, de las proteínas, y hacer secuencias aleatorias es fácil con los métodos de la biología
molecular moderna.
Razonaron que enterrados entre esos billones habría unas pocas moléculas catalíticas de ARN
llamadas ribozimas que catalizarían una reacción de unión, en la que una hebra de ARN se vincula a
otra. Las hebras de ADN a ligarse quedaban fijadas en pequeñas cuentas en una columna, y luego
fueron expuestas a los billones de secuencias aleatorias simplemente liberándolas de la columna. Este
podría obtener cualquier molécula de ARN que tuviese la mínima capacidad de catalizar la reacción.
Entonces amplificaron esas moléculas poniéndolas de nuevo para una segunda ronda, repitiendo el
proceso durante 10 rondas. Hay que mencionar que es la misma lógica básica que los criadores usan
cuando seleccionan una propiedad tal como el color de un perro.
Los resultados fueron sorprendentes. Tras sólo cuatro rondas de selección y amplificación comenzó a
verse un incremento de la actividad catalítica, y tras 10 rondas el índice era 7 millones de veces más
rápido que el índice no catalizado. Incluso fue posible observar evolución en el ARN. Los ácidos
nucleicos pueden separarse y visualizarse mediante una técnica llamada electroforesis de gel. La
mezcla se pone sobre un gel entre dos placas de vidrio y se aplica un voltaje. Las moléculas pequeñas
viajan más rápido a través del gel, y las más grandes se mueven más lentamente, por lo que quedan
separadas. En este caso, las moléculas de ARN con una longitud específica producen una banda
visible en el gel. Al inicio de las reacciones no podía verse nada, debido a que todas las moléculas eran
diferentes. Pero con cada nuevo ciclo aparecían nuevas bandas. Algunas llegaron a dominar la
reacción, mientras que otras se extinguieron.
Los resultados de Bartel y Szostak han sido repetidos y extendidos por otros investigadores, y
demostraron un principio fundamental de la evolución a nivel molecular. Al principio del experimento,
cada molécula de ARN era distinta del resto debido a que fue ensamblada por un proceso de azar. No
había especies, sólo una mezcla de moléculas distintas. Pero entonces se impuso un obstáculo
selectivo, una reacción de ligado que sólo permitía que sobrevivieran ciertas moléculas y se
reprodujeran enzimáticamente.
En unas pocas generaciones empezaron a emerger grupos de moléculas que mostraban una función
catalítica cada vez mejor. En otras palabras, las especies de moléculas surgieron de esta mezcla
aleatoria en un proceso evolutivo que refleja fielmente la selección natural que Darwin esbozó para
poblaciones de animales superiores. Estas moléculas de ARN se definen por la secuencia de bases en
sus estructuras, lo cual causó que se plegaran en conformaciones específicas que tenían propiedades
catalíticas. Las secuencias fueron, básicamente, análogas a los genes, debido a que la información
que contenían se pasaba entre generaciones durante el proceso de amplificación.
El experimento de Bartel y Szostak refuta de forma directa el argumento de que las probabilidades se
acumulan contra el origen de la vida por procesos naturales. La ineludible conclusión es que la
información genética puede, de hecho, surgir a partir de una mezcla de polímeros aleatorios, siempre
que las poblaciones contengan un gran número de moléculas poliméricas con secuencias de
monómeros variables, y una forma de seleccionar y amplificar una propiedad específica.
Terminaré con una cita de Freeman Dyson, físico teórico de la Universidad de Princeton que también
disfruta pensando sobre el origen de la vida:
“Tenías lo que yo llamo el modelo de la bolsa de basura. Las células iniciales eran poco más que
pequeñas bolsas de algún tipo de membrana celular, la cual podría haber sido oleosa o un óxido de
metal. Y dentro tenías una colección más o menos aleatoria de moléculas orgánicas, con las
características de que las moléculas pequeñas podrían difundirse hacia dentro a través de la
membrana, pero las moléculas grandes no podían salir a fuera. Al convertir las moléculas pequeñas
en grandes, podías concentrar el contenido orgánico dentro interior, por lo que las células se harían
más concentradas y la química se haría gradualmente más eficiente. Por lo que estas cosas podrían
evolucionar sin ningún tipo de replicación. Es simple herencia estadística. Cuando una célula se hace
tan grande que puede partirse por la mitad, o puede desprenderse de una mitad, mediante alguna
perturbación tormentosa o ambiental, entonces podría producir dos células que serían sus hijas, las
cuales heredarían, más o menos, pero sólo estadísticamente, la maquinaria química interna. La
evolución podría funcionar bajo esas condiciones”.
Autor: Dave Deamer
Fecha Original: 30 de abril de 2009