A vueltas con el origen de la vida: Los ribonucleótidos y el avivamiento del escenario de «un pequeño y cálido estanque»
Según un comentarista, una investigación recién publicada proporciona «uno de los grandes avances en química prebiótica». Los medios han capturado el entusiasmo con titulares como «Un químico expone cómo el ARN puede ser el punto de partida para la vida» (
New York Times), «Una molécula de la vida emerge del cieno del laboratorio» (
New Scientist) y «Cómo se originó el ARN» (
Science News). Estas son unas declaraciones categóricas, y merecen una estrecha atención. ¿Qué está sucediendo en el campo de las investigaciones sobre el origen de la vida?
Representación artística del sueño del «mundo del ARN»
(Crédito:Nicolle Rager Fuller y National Science Foundation - Fuente aquí)
La primera observación a hacer es que en general se valoran positivamente unos nuevos avances en relación con la falta de progreso que había caracterizado el campo de estudio hasta el momento. Esto con frecuencia sorprende al público, al que generalmente se alimenta con una historia de que los problemas estás en general resueltos y que los investigadores en abiogénesis confían en atar los cabos sueltos en un futuro cercano. En su informe, Wade se refiere a la solución de «un problema que durante 20 años ha frustrado a los investigadores que intentan de comprender el origen de la vida —cómo los bloques componentes del ARN, llamados nucleótido, pudieron haberse ensamblado espontáneamente en las condiciones de la tierra primitiva». Van Noorden explica el problema en estos términos:
«Un polímero de ARN es una cadena de ribonucleótidos, cada uno de ellos compuesto de tres partes distintas: un azúcar ribosa, un grupo fosfato y una base —bien citosina, bien uracilo, conocidas como pirimidinas, o las purinas guanina o adenina. Imaginando cómo un polímero así se pudiera haber formado espontáneamente, los químicos creían que las subunidades se ensamblarían primero entre sí, y que luego se unirían para formar un ribonucleótido. Pero incluso en el ambiente controlado de un laboratorio, los esfuerzos por conectar la ribosa con la base han resultado en un frustrante fracaso.»
Los investigadores en abiogénesis proponen bien la «ley» o el «azar» como explicaciones causales. Han rechazado el «diseño» (no porque no sea una explicación que no funcione, sino porque insisten en que todas las causas sean exclusivamente materiales). La nueva investigación va impulsada por la confianza en la «ley». Los investigadores son químicos. Para ellos, el origen de la vida es cosa de química. Así, citando las palabras de Sutherland, el principal autor del artículo aquí reseñado:
«Mi objetivo último es conseguir un sistema viviente (ARN) que emerja de un experimento en un recipiente. Podemos conseguirlo. Sólo tenemos que saber primero cuáles son los márgenes sobre las condiciones.»
[y]
«Mi suposición es que nos encontramos en este planeta como una consecuencia fundamental de los procesos de la química orgánica, de modo que tiene que tratarse de un sistema químico que quiere operar.»
Así, ¿qué es lo que se ha conseguido? Los investigadores han sintetizado ribonucleótidos de pirimidinas (pero no los ribonucleótidos de purinas). Como lo describía Van Noorden, han «demostrado que es posible producir una pieza del ARN a partir de moléculas pequeñas». Los investigadores no han producido moléculas de ARN; no han abordado el problema de la quiralidad; no han generado ninguna información biológica y no han hecho que el ARN haga nada con sentido biológico, ni mucho menos lo han recubierto de una membrana ni han conseguido su replicación. Sin embargo, lo que han conseguido puede ser aplaudido como un elegante ejemplo de química de sistemas. Se necesitaba un enlace específico entre la ribosa y la núcleobase, y una década de investigación había demostrado que este enlace no iba a formarse de manera directa. De modo que lo que hicieron los investigadores fue crear el enlace y luego volver los componentes a cada lado del enlace en los bloques componentes deseados del ribonucleótido. El fosfato, que anteriormente causaba problemas para los investigadores sobre el origen de la vida, deviene en un catalizador. El ensayo de Szostak en
News and Views llama la atención a la elegancia de su método:
«Pero en un extraordinario ejemplo de “química de sistemas”, en el que se permite que interactúen reactivos procedentes de diferentes etapas de una ruta, Powner et al. demuestran que el fosfato domestica la explosión combinatoria, permitiendo que reactivos oxigenados y nitrogenados interactúen de forma fructífera.»
[...]
«La penúltima reacción de la secuencia, en la que el fosfato se une al nucleósido, es otro hermoso ejemplo de la influencia de la química de sistemas en este conjunto de reacciones entrelazadas. La fosforilación queda facilitada por la presencia de urea; la urea procede de la hidrólisis catalizada por fosfato de un subproducto de una reacción anterior en la secuencia.»
Esto es buena química, ¿pero consigue un avance considerable en la investigación abiogenética? Lo cierto es que se suscitan diversas cuestiones. Los investigadores argumentan que no están comenzando con ningunas condiciones iniciales irreales: «No usamos ningunos escenarios descabellados —todas las condiciones son congruentes con lo que sabemos acerca de la Tierra primitiva». Sin embargo, esto está en tela de juicio.
«El defecto en este tipo de investigaciones no reside en la química, sino en la lógica —que este control experimental aplicado por investigadores en un laboratorio moderno hubiera podido estar disponible en la Tierra primitiva», dice Robert Shapiro, químico en la Universidad de Nueva York.
[y]
El doctor Robert Shapiro [. . .] dice que la receta «ciertamente no cumple mis criterios para una ruta verosímil hacia el mundo del ARN». Prosigue diciendo que el cianoacetileno, uno de los supuestos materiales de partida del doctor Sutherland, es rápidamente destruido por otras especies químicas, y su aparición en forma pura en la tierra primitiva «se puede considerar como una fantasía».
[y]
«Pero en tanto que esto es un paso adelante, no es toda la realidad», observa [James] Ferris [del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, N.Y.]. «No es tan simple como poner unos compuestos en un cristalizador y mezclándolos. Es una serie de etapas. Sigue siendo necesario parar y purificar, y luego realizar la siguiente etapa, y esto probablemente no sucedió en el mundo primitivo.»
Se puede argumentar que las reacciones químicas que se han documentado en realidad producen sustancias diseñadas inteligentemente. Las condiciones experimentales están diseñadas para acumular de forma selectiva algunos productos de reacción (mediante cristalización fraccionada) y para destruir otros de manera selectiva (por influencia de la radiación UV). Pero los experimentadores mantienen la verosimilitud de estas condiciones en el hipotético «pequeño y cálido estanque» propuesto por Charles Darwin como cuna materialista de la vida. De hecho, el informe de Wade dice que «la comunicación del doctor Sutherland respalda a Darwin». Esto es significativo porque el énfasis en la investigación abiogenética se ha desplazado en años recientes a otros escenarios —notablemente a emplazamientos en las dorsales oceánicas. Los que se sientan impresionados por el potencial de esta investigación harían bien en reflexionar acerca de la forma en que se diseñan los sistemas químicos para conseguir los resultados deseados, junto con el ajuste fino asociado de los factores medioambientales. ¡Y todo esto no tiene nada de darwinista!
Entre los otros impedimentos que se mencionan más arriba, el problema de la quiralidad aparece mencionado en la comunicación de Wade:
«Un profundo enigma acerca de la naturaleza de la vida es que la mayoría de sus moléculas son o bien dextrógiras o bien levógiras, mientras que en la naturaleza lo que existe son mezclas de ambas formas. El doctor Joyce [un experto en el campo del origen químico de la vida en el Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California] dijo que había esperado que surgiría una explicación de la homoquiralidad mediante la química prebiótica, pero las reacciones realizadas por el Dr. Sutherland no nos dan ninguna explicación en este sentido.»
Para los que estamos más familiarizados con el «designio» como explicación causal, este artículo no hace mella en los argumentos ya planteados que demuestran la futilidad del intento de explicar la vida sin un diseño deliberado. Es fundamental observar que la idea de que la vida sea simplemente una cuestión de química pasa por alto la realidad de la información necesaria para establecer toda la organización mediante la que los componentes de la célula operen conjuntamente para que ésta funcione como entidad biológica. La química de sistemas que aparece en estas comunicaciones es ciertamente impresionante, pero es penoso observar que todo el bombo publicitario que rodea a esta investigación está inducido por el intento de explicar la vida sin un diseñador. Sutherland tiene la ambición de presentar un argumento convincente en favor de una evolución química: «Este es el objetivo de mi carrera», dice él. Un objetivo verdaderamente digno de sus esfuerzos, aunque desde luego no obtendría tanto eco publicitario, sería el de aplicar sus indudables dotes a abordar problemas reales a que hacen frente los humanos.
Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions [Síntesis de ribonucleótidos activados de pirimidina en condiciones prebióticas verosímiles]
Matthew W. Powner, Beatrice Gerland, John D. Sutherland
Nature 459, 239-242 (14 May 2009) | doi:10.1038/nature08013
En alguna etapa en el origen de la vida, tiene que haber surgido un polímero portador de información por medios puramente químicos. Según una versión de la hipótesis del «mundo del ARN» este polímero era de ARN, pero los intentos por proporcionar respaldo experimental para la misma han fracasado. De forma particular, aunque ha habido un cierto éxito en demostrar que los ribonucleótidos «activados» pueden polimerizarse para formar ARN, dista de ser obvio cómo estos ribonucleótidos se hubieran podido formar a partir de sus partes constituyentes (ribosa y núcleobases). La ribosa es difícil de formar de forma selectiva, y la adición de núcleobases a la ribosa es ineficiente en el caso de las purinas y no se da en absoluto en el caso de las pirimidinas canónicas. Aquí demostramos que se pueden formar ribonucleótidos de pirimidina activados en una corta secuencia que evita la ribosa libre y las nucleobases, y que en su lugar procede a través de los intermedios amino-oxazolina arabinosa y anhidronucleósidos. Los materiales de partida para la síntesis —cianamida, cianoactelineo, glicoaldehído, gliceraldehído y fosfato inorgánico— son moléculas verosímiles como recursos prebióticos, las condiciones de la síntesis son congruentes con potenciales modelos geoquímicos de la Tierra primitiva. Aunque el fosfato inorgánico sólo se incorpora en los nucleótidos en una etapa posterior de la secuencia, es esencial que esté presente desde el principio por cuanto controla tres reacciones en las etapas anteriores actuando como un catalizador general ácido/base, como catalizador nucleófilo, como tampón de pH y como tampón químico. Para secuencias de reacciones prebióticas, nuestros resultados resaltan la importancia de trabajar con sistemas químicos mixtos en los que unos reactivos para una determinada etapa de reacción pueden también controlar otras etapas.
Véase también:
- Szostak, J. W., Origins of life: Systems chemistry on early Earth [El origen de la vida: Química de sistemas en la Tierra primitiva], Nature 459, 171-172 (14 mayo 2009) | doi:10.1038/459171a
- Van Noorden, R., RNA world easier to make [El mundo del ARN, más fácil de lograr], Nature News, 13 mayo 2009 | doi:10.1038/news.2009.471
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