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A.I. Oparin, Bravesh H. Patel, Freeman J. Dyson, Jack Szostak, John von Neumann, Miller y Urey, Nature Chemistry, Origen de la vida
Jack Szostak, biólogo molecular e investigador del origen de la vida en el Hospital General de Massachusetts en Bostón, propone un nuevo marco, ya que todos los elementos esenciales hace 4 mil millones de años, según publica en la revista “Nature Chemistry” el 16 de marzo, la genética y el metabolismo pueden haber surgido de forma simultánea a través de una reacción que implica:
- cianuro de hidrógeno (HCN)
- sulfuro de hidrógeno (H2S)
- impulsado por ultravioleta (UV).
Mezcla de dos gases venenosos, que crearían los cimientos de la vida en el planeta:
- ADN
- proteínas
- lípidos
Los compuestos pudieron mezclarse en el agua de estanques y arroyos, generando una “sopa” venenosa que dio como resultado las primeras células.
El cianuro de hidrógeno se habría formado debido a los cometas que impactaron en la Tierra, y el sulfato de hidrógeno por las erupciones volcánicas, a esto hay que sumar la luz ultravioleta proveniente del sol.
Bravesh H. Patel del Campus Biomédico de Cambridge (Reino Unido) ha encontrado que a través del cianuro y del sulfuro se pueden producir:
- Azúcares de dos o tres átomos de carbono (combustible para el organismo)
- Aminoácidos (las unidades con las que se construyen las proteínas)
- Ribonucleótidos (elementos básicos del ARN, que transporta la información genética)
- Glicerol (unidad de los lípidos)
H2S y HCN en la Tierra Primitiva, pueden dar lugar a más de 50 moléculas distintas. El glicerol y 11 aminoácidos, se unen a las biomoléculas que se habían sintetizado, incluyendo los ribonucleótidos de citidina y uridina, y azúcares pequeños. Estas reacciones tienen rendimientos que oscilan entre el 40% y el 70%, el experimento de Miller y Urey en 1953, sobre el origen de la vida y las reacciones que tuvieron lugar a partir de la “sopa”, dando aminoácidos fue menor del 1%,donde una chispa eléctrica atraviesa una mezcla de metano, amoniaco, hidrógeno y agua.
John von Neumann aclaró las relaciones entre replicación y metabolismo (von Neumann, 1948):
- Hardware: procesa la información, ARN ribosómico, ARN de transferencia—Metabolismo
- Software: incorpora la información, ARN genómico, ADN———————Replicación
¿Qué entendemos por vida? Según Von Neumann, la vida es el metabolismo y la replicación.
El origen de la vida (1957), de A.I. Oparin,, el orden de los acontecimientos del origen de la vida fue en primer lugar las células, en segundo las enzimas y en tercero los genes. Cuando un determinado líquido oleoso se mezclaba con agua, los dos líquidos formaban una mezcla estable denominada coacervado. Propuso que la vida comenzó mediante la acumulación de poblaciones moleculares en el interior de las gotitas de coacervado. Las enzimas surgieron en segundo lugar, organizando las poblaciones moléculas . Los genes aparecieron en tercer lugar.
Tres paleontólogos californianos (Davidson et al. 1995) han recogido pruebas de que la gran mayoría de los diseños corporales actuales surgieron del desarrollo indirecto: el sistema mediante el cual un embrión separa un conjunto de células que están destinadas a producir un adulto, sin que el diseño corporal del adulto tenga conexión con el diseño corporal del embrión. Los organismos multicelulares evolucionaron mediante un proceso de dos etapas.
Primera etapa: la evolución de las formas embrionarias de complejidad limitada que carecían de la maquinaria genética para programar estructuras especializadas, incapaces de evolucionar más allá de un nivel primitivo.
Segunda etapa: evolución de las formas adultas con el equipo de controles genéticos, etapa adulta que permite la evolución de vías metabólicas ajustadas con mucha más precisión.
Hay tres revoluciones en el origen de la vida, siguiendo estas etapas:
- el periodo de origen: el metabolismo y la replicación.
- la evolución de las células eucarioticas con la simbiosis la invasión parasitaria
- la evolución de los organismos superiores: el embrión y el conjunto de células que producen el adulto.
Freeman J. Dyson (Princeton 1.999) “Los orígenes de la vida” intenta comprender de forma teórica el origen de la vida de Oparin, demostrando que la vida comienza con el metabolismo, en lugar de con la replicación exacta. Reduce la teoría de Oparin de una forma matemática en dos fases: la primera es una descripción formal de las poblaciones moleculares, como un sistema dinámico clásico y dando precisión a las ecuaciones dinámicas. La segunda fase consiste en la reducción de la teoría general a un modelo elemental con la probabilidad de interacciones moleculares.
L a población de moléculas en el interior de la gotita puede cambiar de un momento a otro por reacciones químicas dentro de las poblaciones, por reacciones que incorporan pequeñas moléculas desde el entorno, o por reacciones que expulsan pequeñas moléculas hacia el entorno. Dada una población en el estado A, tras la siguiente reacción química pasa al estado B, con determinada probabilidad, que es el elemento de la matriz M entre los estados A y B.
Así la población evoluciona a través del espacio de los estados posibles de una forma discontinua y estocástica, mediante una sencilla ecuación lineal
P (K+1)= M P(K)
P(k) es la distribución de la probabilidad de la población después de k etapas.
P(k+1) es la distribución de la probabilidad después de k etapas.
Los acontecimientos decisivos en una teoría del origen del metabolismo son los escasos saltos estadísticos, cuando una población molecular en un estado cuasi-estacionario experimenta una sucesión de reacciones químicas que la empuja por encima de una barrera, en contra del gradiente de probabilidad, y hacia otro estado cuasi-estacionario. Si el estado inicial es desordenado y el final ordenado, el salto puede considerarse un modelo para el origen del metabolismo.
Links relacionados:
- Investigación de vida en el Universo NASA
https://astrobiology.nasa.gov/
- Investigación de vida en el Universo CSIC España
http://www.cab.inta.es/es/inicio
Blog de José Félix Rodríguez Antón 