jueves, 8 de diciembre de 2011

MEGA-ORGANISMO O SOPA DE INTERCAMBIO GENÉTICO

LUCA pudo ser una sopa de intercambio genético a escala global que formaría algo así como un mega-organismo

Imagine el lector que disponemos de una máquina que nos permita movernos hacia atrás en el tiempo. Esto preservaría la causalidad siempre y cuando no interfiriéramos para nada en el pasado, ni siquiera con los posibles fotones que nuestros sistemas de visión restasen de esos tiempos pretéritos.

01 Dec 2011 | NEOFRONTERAS.COM
Aquellos a los que les guste las humanidades o la Historia seguro que les encantaría ver la revolución industrial, las batallas napoleónicas o el descubrimiento y conquista de América. A los historiadores de la ciencia les gustaría ver la revolución del conocimiento que creó la Física Moderna a principios del siglo XX, o ver el proceso a Galileo (¿dijo o no dijo eso de "eppur si muove"?), la expansión de la imprenta o la difusión de la aritmética.

A los que nos gusta la ciencia quizás nos apasione más otras cosas. Con esa máquina imaginaria podríamos ver a nuestros antepasados salir de la jungla hacia la sabana y conquistar el mundo, ver la Tierra virgen que había antes de que el hombre osara destruir la Naturaleza, un mundo cruel y perfecto. Ver la aparición de las praderas de hierba por primera vez y los rumiantes caminado sobre ellas. Comprobar la verdadera causa de la desaparición de los dinosaurios o ver la aparición de las flores y contemplar cómo todo se cubría de color.
Mientras que viajáramos hacia atrás en el tiempo podríamos ir estudiando las especies de animales y plantas, probablemente sorprendentes y maravillosas, que no nos dejaron fósiles. Podríamos reconstruir una verdadera Historia del mundo de lo vivo. Nos encontraríamos con sorpresas que nunca habríamos sido capaces de imaginar.

Según fuéramos más hacia atrás en el tiempo podríamos apreciar cómo se mueven los continentes y cómo la Luna parece más cercana, aunque sepamos que no lo podemos notar. Las montañas erosionadas el siglo XXI se alzarían majestuosas para disminuir luego su altura según las placas continentales dejaran de colisionar. Una tectónica que siempre ha condicionado la vida en la Tierra.
Veríamos la gran extinción del Pérmico, la madre de todas las extinciones, y la agonía de casi todas las especies de seres que en ese momento habitaban este mismo mundo. Más atrás aún llegaríamos al Carbonífero con sus bosques húmedos, cálidos y pantanosos sobre los que sobrevolaban libélulas gigantes. ¿Qué otras especies extrañas nos encontraríamos allí?
Conforme viajáramos aún más atrás en el tiempo vemos la explosión del Cámbrico y las razones por las que se dio. Y aún más atrás la famosa fauna de Ediácara. Por fin sabríamos qué clase de criaturas eran y podríamos contemplar muchas de las especies contemporáneas que nunca conocimos.

Aun más atrás hay sólo vida microbiana, y épocas en las que el planeta está cubierto casi al completo por el hielo. Las únicas estructuras biológicas visibles a simple vista serían los estromatolitos.
Con nuestros instrumentos podríamos estudiar y ver esa vida microbiana y comprobar cómo consiguió enriquecer la atmósfera con oxígeno, gas que permitió la aparición más tarde de la vida animal.

Esos mismos instrumentos nos permitirían analizar la aparición de las distintas rutas metabólicas o de la fotosíntesis. Y por último podríamos ver cómo apareció la vida en la Tierra. Todos los seres vivos que ha habido después, todos los descritos en este viaje imaginario, son descendientes de esa primera forma de vida independiente.
Aquí termina nuestro viaje y las descripciones de la vida que sabemos había en cada momento. No podemos decir mucho sobre esa primera vida porque la realidad es que no se sabe cómo apareció la vida en la Tierra. Una vez se tienen células y una evolución darwiniana es muy fácil explicar el posterior desarrollo de la historia biológica, pero la aparición de vida supuso un punto de inflexión absoluto. No sabemos, ni siquiera, si esa aparición de vida fue inevitable o algo milagroso desde el punto de vista estadístico. A esa primera forma de vida la hemos llamado LUCA (last universal common ancestor), aunque por aquí un comentarista propuso que se le llamara PACU (Primer Ancestro Común Universal).
Hace 2900 millones de años que LUCA se escindió en los distintos dominios de la vida: bacterias y arqueas, y más tarde se dio lugar a los más complejos eucariotas que a su vez dieron lugar a las plantas y animales. Pero es difícil saber lo que paso antes de esa separación primigenia. No hay fósiles que nos guíen.

Hay ideas que no importa que sean verdad o que nunca se pueda comprobar si son válidas o no, son tan bonitas que excitan nuestra imaginación. Según una nueva hipótesis, hace 3000 millones de años el planeta en su conjunto era un sólo organismo, un mega-organismo como nunca se había visto, como nunca se vería posteriormente. Ese organismo rellenaría los océanos terrestres de la época y finalmente dio lugar al antepasado que todas las formas de vida que ha habido en la Tierra hasta el presente, incluidos nosotros mismos. Esta hipótesis surge de los esfuerzos por explicar cómo pudo ser LUCA.


Según esta idea LUCA sería el resultado de una forma de vida global que lucho por sobrevivir en los océanos primigenios. Éstos eran una sopa de intercambio genético a escala global durante cientos de millones de años. Las células lucharían por sobrevivir por ellas mismas intercambiando partes útiles con las demás sin competir entre ellas, creando una especie de mega-organismo. Esta nueva idea proviene de Gustavo Caetano-Anollés de University of Illinois en Urbana-Champaign.


Mientras que los genes pueden cambiar rápidamente, la estructura de las proteínas que codifican es más resistente al cambio. Recordemos que la función de una proteína depende de esa estructura tridimensional. Muchas de las mutaciones que cambian una o varias bases no tienen ningún efecto en la estructura terciaria de la proteína. Según este investigador, si asumimos esto podemos apostar que muchas de las proteínas esenciales actuales tenían que tener una estructura muy similar en LUCA, aunque su secuencia de aminoácidos fuera distinta. Caetano-Anollés llama "fósiles vivientes" a esas estructuras proteicas y como su estructura nos dicta su función podrían decirnos cómo pudo ser LUCA.
Este investigador buscó en las bases de datos de 420 organismos modernos en busca de estructuras comunes a todos ellos para reconstruir las proteínas que una vez formaron LUCA. Sólo un pequeño porcentaje era común a todos ellos y asumió que se habían conservado desde los tiempos de LUCA.


Según esto LUCA tenía enzimas para degradar azúcares y para extraer energía de nutrientes. Pero a la vez carecía de las enzimas necesarias para construir y leer ADN [1]. Este resultado es similar al alcanzado por Wolfgang Nitschke del Instituto Mediterráneo de Microbiología en Marsella.
Anthony Poole, de University of Canterbury en Christchurch (Nueva Zelanda), ha estudiado las enzimas ribonucleótiodos reductasas, que construyen los bloques de ADN y tampoco ha encontrado pruebas de que LUCA las tuviera [2].
Si LUCA estaba formado por células, entonces éstas tendrían membranas. Según Armen Mulkidjanian, de la Universidad de Osnabrück, eran membranas isoprenoides muy simples y más permeables que los actuales diseños [3]. Para llegar a esa conclusión ha seguido la historia evolutiva de esta parte celular.
LUCA probablemente tenía también orgánulos. Porque, aunque se creía que éstos eran exclusivos de los eurcariotas, en 2003 se encontró un orgánulo en bacterias y recientemente también en arqueas por el propio Caetano-Anollés. Estos orgánulos, denominados acidocalcisomas, se encuentran, por tanto, en los tres dominios de la vida y por consiguiente también se encontrarían en LUCA [4].


Así que LUCA tenía un metabolismo, orgánulos internos simples y una membrana bastante permeable, pero carecía de ADN. Así que es posible, como siempre se ha hipotetizado, que LUCA estuviera basado en el ARN. El ARN, además de portar información, puede catalizar reacciones bioquímicas.
Según Massimo Di Giulio, del Instituto de Genética y Biofíisca de Napoles, LUCA tuvo que ser "progenote", con escaso control sobre las proteínas que fabricaba. Los progenotes pueden hacer proteínas usando genes como una plantilla, pero el proceso es propenso al error y las proteínas obtenidas pueden ser distintas a lo que especifica el gen. Di Giulio y Caetano-Anollés dicen haber encontrado pruebas de que el sistema para sintetizar proteínas con precisión apareció mucho después que LUCA.


Según Caetano-Anollés, las células que componían LUCA tuvieron que compartir genes y proteínas unas con las otras para poder sobrellevar esta condición. Moléculas nuevas y útiles podían haber pasado de una a otra célula sin mediar competición hasta conseguir un sistema globalizado. Cualquier célula que se saliera del juego estaba condenada. Era más importante cooperar que competir. Según Caetano-Anollés esta falta de competición y libertad de intercambio hicieron que el océano primordial funcionara esencialmente como un único mega-organismo.
Otros investigadores encuentran plausible que se compartieran genes, enzimas y metaboilitos a través de esas membranas permeables, sobre todo porque se ha podido comprobar en comunidades microbianas actuales ese intercambio genético sin el cual no pueden sobrevivir. Aunque, naturalmente, esta hipótesis es muy difícil de demostrar.
Una vez que las células de esta sopa empezaron a ser cada vez más independientes el mega-organismo desapareció para dar lugar a células independientes que competían bajo las reglas darwinistas de la evolución y la vida ya nunca volvió a ser la misma. Ese evento se daría hace 2900 millones de años, justo cuando apareció por primera vez el oxígeno libre en la atmósfera.

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