El origen de los eucariotas

John Maynard Smith

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Como he dicho varias veces en este blog, la teoría de la evolución está bien establecida. Sin embargo, está lejos de explicarlo todo. Aún quedan muchos misterios. En un artículo anterior enumeré algunos. Un libro de J. Maynard Smith y E. Szathmáry, The Major Transitions in Evolution (Oxford University Press, 1995) los describe con más detalle.

Uno de esos problemas tiene que ver con los cambios de nivel que han tenido lugar en la historia de la vida, que convertí en la idea central de mi libro El Quinto Nivel de la Evolución. Como implica su título, a lo largo de la evolución las cosas no han sucedido de forma ordenada y estable. En varios puntos se han producido cambios de estado (al estilo de los de la física) en los que la evolución atravesó un punto crítico que le permitió alcanzar niveles superiores que abrieron campos de desarrollo enormes en el espacio de configuración. Esos puntos son los siguientes:

El agua y el origen de la vida

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Todos los seres vivos, desde los microbios hasta el hombre, viven en el agua o la contienen en su interior. Todas las reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células se llevan a cabo en el agua. 

El agua líquida es un compuesto extraordinario, pues tiene propiedades muy raras. Por ejemplo, es una de las sustancias de mayor calor especifico. Esto significa que cuando se aporta o se roba calor a una masa de agua, la temperatura varía más despacio que en cualquier otro líquido. Esto es importante para los seres vivos, pues el agua actúa como estabilizador del medio ambiente. Además, es el líquido no metálico que tiene más alta conductividad térmica, por lo que las variaciones locales de temperatura se equilibran con gran rapidez. 

La mayor parte de los líquidos se contraen al solidificarse, pero el agua es una excepción. Presenta su densidad máxima a una temperatura de 4°C. La densidad del hielo es más baja, 0,92 veces menor, por lo que el hielo flota sobre el agua. Por eso, cuando la temperatura desciende, el agua se hiela desde arriba hacia abajo, mientras que otros líquidos se solidifican de abajo a arriba. Esto tiene también importantes consecuencias biológicas. En los mares polares y en las aguas dulces de regiones frías, cuando la temperatura desciende por debajo del punto de congelación, la capa de hielo superficial aísla del frío a las aguas que quedan debajo, que no llegan a helarse. Por eso, los seres que habitan en ellas pueden permanecer vivos y activos, a pesar de las rigurosas condiciones ambientales. 

Probabilidad de existencia de vida extraterrestre

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En un artículo anterior hablé de la probabilidad de existencia de inteligencias extraterrestres y hablé de la dificultad de calcularla, pues no conocemos ningún planeta donde existan, aparte de la Tierra, y para calcular la probabilidad de un suceso hay que conocer el número de casos favorables y el de casos posibles. En el caso de la vida extraterrestre no conocemos ni los unos, ni los otros.

En otro artículo detallé las condiciones que podrían ser necesarias para que sea posible la vida parecida a la nuestra en un planeta semejante a la Tierra. Esas condiciones son muy numerosas, lo que reduce la probabilidad de que encontremos vida en algún planeta extrasolar situado en nuestras proximidades. De hecho, entre los casi 10.000 planetas detectados hasta ahora (de los que poco más de la mitad han sido confirmados), 65 se encuentran a una distancia de su estrella que podría ser favorable para la vida (la zona Ricitos de Oro), pero sólo tres de ellos giran alrededor de estrellas parecidas al Sol (de la clase estelar G).

Virus gigantes

John Maynard Smith

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En 1966, H.J. Muller definió así a los seres vivos: Todo ser capaz de multiplicarse con herencia y variación. Con esta definición, que prioriza la reproducción y la evolución como definición de la vida, habría que considerar a los virus como seres vivos. Otros biólogos, como John Maynard Smith, pensaron que este criterio es demasiado amplio. Significaría que los ácidos nucleicos están vivos, puesto que son capaces de reproducirse con herencia y variación. Por eso proponen añadir otro criterio: Un ser vivo es capaz de reproducirse y de metabolizar. Esto excluiría a los ácidos nucleicos, y por tanto a los virus, que son ácidos nucleicos encerrados en una cápsula de proteínas, y a los viroides, que son ácidos nucleicos aislados.

El árbol de la vida, que es el árbol genealógico de todas las especies de seres vivos, parece indicar que todos los seres formados por una o más células descendemos de un único individuo, el primer ser vivo, que recibe el nombre de LUCA (Last Universal Common Ancestor). Como dije en otro artículo, algunos piensan que quizá LUCA no fue un solo individuo, sino una red de individuos. Pero ¿de dónde vienen los virus?

Los límites de la biología

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Los límites de la biología son prácticos, más bien que teóricos, aunque algunos problemas biológicos son tan difíciles, que parece poco probable que lleguen a resolverse algún día. Veamos unos pocos:

·         El origen de la vida. Uno de los principios fundamentales del método científico, tal como se aplica en las ciencias experimentales, establece que un experimento debe poder repetirse. Ningún descubrimiento es válido hasta que un equipo independiente lo confirma. Si un experimento no puede repetirse, no se considera científico.

El origen de la vida tuvo lugar una sola vez en la historia de la Tierra. Obviamente, es imposible repetirlo. Por lo tanto, no es un hecho científico, sino un hecho histórico. Los hechos históricos se tratan de una manera diferente a los hechos científicos: se buscan documentos que confirmen que el hecho ocurrió y describan cómo lo hizo. Después se analiza la credibilidad de los documentos.  En el caso del origen de la vida, los documentos serían restos fósiles, pero es prácticamente imposible encontrarlos, por lo que es muy probable que este problema nunca será resuelto.

¿Existe el árbol de la vida?

Árbol de la vida

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Muchos biólogos no dudarían en responder afirmativamente a esta pregunta. Sin embargo, en estas líneas voy a plantear la posibilidad de que la respuesta sea negativa. Veamos por qué.

En primer lugar, ¿qué es un árbol? Con ese término, cuando se habla del árbol de la vida, no se hace referencia a un árbol biológico, o sea, a una planta de tallo leñoso que crece hasta una altura de varios (a veces muchos) metros. Nos referimos a un árbol matemático. ¿Y eso qué es?

Vida sintética, ¿es posible?

El monstruo de Frankenstein

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En los dos artículos anteriores de esta serie hemos visto que la generación de vida sintética en el laboratorio es probablemente un proceso más difícil de lo que algunos optimistas imaginan.

Veamos uno de los últimos experimentos en biología sintética: George Church y Nili Ostrov, biólogos de Harvard, están intentando construir una estirpe de la bacteria Escherichia coli que sea inmune a todos los virus que existen. ¿Cómo? Cambiando su código genético para que los virus no lo entiendan y no sean capaces de utilizar su maquinaria celular para reproducirse. Puesto que el código genético es redundante, es posible sustituir uno de los codones que codifican el aminoácido arginina (AGA) por otro que también codifica el mismo aminoácido (CGC), y todos los genes de la bacteria seguirían generando las mismas proteínas que antes. Esto se haría con varios codones poco frecuentes. Pero como los virus seguirían utilizando los codones sustituidos, la maquinaria celular de la bacteria ya no sería capaz de entender el ADN del virus. Esta parte del trabajo está casi terminada. Cuando lo esté, faltaría eliminar los ARN de transferencia de los codones desaparecidos y asegurarse de que no vuelven a fabricarse, para que la maquinaria celular deje de utilizarlos.

Obsérvese que el trabajo realizado hasta el momento consiste en la manipulación de los datos grabados en el ADN. Equivale a manipular la información contenida en el disco duro de un ordenador para que deje de utilizar cierta instrucción del lenguaje de la máquina, sustituyéndola por otra equivalente. Seguimos estando muy lejos de la biología sintética en sentido estricto. ¿Es posible que lleguemos a fabricar vida en el futuro más o menos cercano?

Problemas pendientes en la historia de la vida

Gregor Mendel

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En un artículo anterior hablé del origen de la vida y de los problemas que plantea. Este es sólo el primero de los problemas pendientes que nos quedan en relación con la evolución, pues hay bastantes más, estamos muy lejos de saber explicar todo lo que pasó durante la historia de la vida.

La teoría de la evolución a través de la selección natural fue planteada inicialmente por Darwin y afinada por sus seguidores a medida que se descubrían fenómenos biológicos nuevos que iban resolviendo algunos de los problemas planteados desde el principio:

1.      Las leyes de la herencia (Mendel, 1865).

2.      Las mutaciones (Hugo de Vries, 1900).

3.      Las leyes de la genética (Thomas Hunt Morgan, principios del siglo XX).

4.      La teoría sintética de la evolución (Simpson, Dobzhansky y otros, hacia 1930)

5.      La transmisión de la herencia a través del ADN (Oswald Avery, 1944).

6.      La estructura del ADN y el desciframiento del código genético (Watson, Crick, Rosalind Franklin y otros).

7.      La teoría neutralista de la evolución (Motoo Kimura, 1968).

8.      La evolución en equilibrio puntuado (Stephen Jay Gould, 1972).

9.      Epigenética (principios del siglo XXI).

Rosalind Franklin