La música de la vida.
Una voz en la fuga cósmica.
El
Universo está lleno de sonidos. Cuando esos sonidos, combinados con los
correspondientes silencios, se organizan de forma coherente se puede obtener
algo tan maravilloso como la música, con sus infinitas posibilidades de ritmos
y melodías. Un razonamiento similar expone Carl Sagan en el capítulo 2 “Una voz en la fuga cósmica” de su obra Cosmos, donde expone su anhelo de
escuchar otras músicas de la vida, refiriéndose a las posibles manifestaciones
que esta podría tener en otros mundos. De hecho, la vida en nuestro planeta ya
es extraordinariamente diversa. Hay seres que viven en los tres grandes medios:
la tierra, el mar y el aire, pero también hay otros que viven a cientos de
metros bajo tierra o en las profundidades submarinas. Hay especies cuyos representantes
miden varios metros y otras en las que apenas superan unas pocas micras. Las
formas de obtener energía, de reproducirse o de relacionarse con el medio son
otras diferencias que podríamos añadir a esa lista, aparentemente interminable,
de las formas en que se manifiesta la vida.
Detengámonos
en el metabolismo. La fotosíntesis es un proceso maravilloso mediante el cual
las plantas y algunas bacterias transforman el CO2 atmosférico y la
energía luminosa del sol en moléculas orgánicas que contienen energía química
aprovechable por la vida. Los animales herbívoros consumen esas plantas y
utilizan sus compuestos para obtener energía y materia que, a su vez,
alimentará a otros seres vivos. De este modo se establecen inmensas redes que
conectan todas las especies presentes en los ecosistemas. Todo esto nos resulta
más o menos familiar. Lo que ya es un poco más extraño es que haya bacterias
“comedoras” de piedras, o hablando de forma un poco más científica, que se
nutren de la energía desprendida en las reacciones químicas que ocurren entre
los minerales que forman las rocas.
Respecto
a la variedad de condiciones físico-químicas que la vida puede soportar,
tampoco hemos dejado de llevarnos sorpresas. Hemos encontrado vida,
fundamentalmente microscópica, en lugares insospechados, bajo los hielos de la
Antártida, en fuentes hidrotermales donde las temperaturas son de más de 100
ºC, en ríos ácidos o en desiertos donde la intensa radiación y la sequedad
extrema parecen incompatibles con la vida.
A
pesar de toda esa diversidad, cuando descendemos al nivel molecular,
encontramos que todos los seres vivos son tremendamente parecidos. Desde la más
humilde bacteria hasta el ídolo de masas que a todos nos atrae, todos están
formados por las mismas moléculas entre las que hay dos fundamentales: el ADN
que almacena la información genética –las instrucciones de la vida- y las
proteínas que son las que ejecutan esa información. Pero aún hay más, y es que
todos los organismos están organizados en células, en cuyo interior ocurren
reacciones químicas asombrosamente parecidas. Quizás la más sorprendente de
todas esas similitudes sea que la información genética se almacene siempre de
la misma forma, de modo que las mismas combinaciones de nucleótidos en el ADN
–que se denominan tripletes por ser grupos de tres- dan lugar a la
incorporación de los mismos aminoácidos en las proteínas de todos los seres
vivos. Ahora sabemos que tan elevado
nivel de coincidencia solo es posible si toda la vida que existe en la Tierra
tiene un antepasado común del cual hemos ido heredando sus características.
Esto, que por un lado es maravilloso, ya que nos muestra que todos los seres
vivos somos una gran familia, por otro complica extraordinariamente definir la
vida y conocer cuál es su significado en el Universo.
Es
lógico preguntarse cómo es posible que la vida se haya diversificado en tan
extraordinario grado si todos procedemos del mismo ser ancestral. La respuesta
ya nos la dio Charles Darwin hace más de siglo y medio: la vida evoluciona y se
diversifica gracias a la selección natural actuando sobre poblaciones
heterogéneas. La diversidad de las poblaciones se consigue gracias a las
mutaciones, cambios en la secuencia de los nucleótidos que componen el ADN que,
a su vez, dan lugar a otros cambios en la secuencia de aminoácidos de la
proteína correspondiente, originando variaciones de la misma que pueden afectar
a su función. Si tenemos en cuenta que el ADN de una de nuestras células
contiene unos 3200 millones de nucleótidos que pueden dar lugar a aproximadamente
20000 proteínas –de las cuales en cada tipo celular solo se expresa una
fracción- podemos hacernos una idea de la gran cantidad de variaciones que
pueden existir.
El árbol de la vida tal y como fue esbozado por Charles Darwin en sus apuntes.
Imagen de dominio público.
A
pesar de las grandes posibilidades proporcionadas por la acción combinada de
las mutaciones y la selección natural, surge el problema de que la evolución
así planteada sería un proceso demasiado lento y no habría podido dar cuenta de
los grandes aumentos de complejidad que se han observado a lo largo de la
historia. Una célula bacteriana ya es en sí misma un universo de moléculas
interaccionando, pero eso no es nada si se compara con la complejidad de una
célula eucariótica, como las que existen en nuestro cuerpo. Y de ahí a la
aparición de órganos, o de sistemas tan complejos como el inmune o el nervioso,
los saltos de complejidad son tan inmensos que son muy difíciles de explicar
mediante un proceso evolutivo gradual, dirigido por la aparición de mutaciones
de pequeño efecto. Carl Sagan ya apuntaba este problema cuando escribió Cosmos y señalaba que: “gracias al invento del sexo dos organismos
podían intercambiar párrafos, páginas y libros enteros de su código de ADN,
produciendo nuevas variedades a punto para pasar por el cedazo de la selección”.
Quizás el sexo fuera el responsable de que “después
de la explosión del Cámbrico nuevas y exquisitas adaptaciones se fueron
sucediendo con una rapidez relativamente vertiginosa”.
En
los últimos años hemos asistido a una revolución en el campo de la biología que
es la posibilidad de secuenciar genomas completos. De este modo es posible
comparar toda la información genética –esos millones de nucleótidos que forman
el ADN- de distintas especies o de distintos individuos de la misma. Y eso nos
ha mostrado que muchos de los cambios evolutivos son el resultado de procesos
bruscos más que graduales, que a veces no afectan a la secuencia de nucleótidos
en los genes, sino a la regulación de su expresión, es decir, al repertorio de
genes que están funcionando en un momento dado en una célula concreta. Entre
esos cambios están la simbiosis, los procesos de creación y modificación de
genes y la transferencia de material genético entre organismos. Hagamos un
breve repaso de ellos, con objeto de poder entender mejor cómo la vida se ha
ido transformando desde sus orígenes.
Actualmente
está totalmente demostrado que algunos orgánulos de las células eucarióticas
derivan de asociaciones entre organismos más simples. Así, las mitocondrias
parecen ser antiguas bacterias que fueron ingeridas por otras células y
permanecieron en su interior formando una asociación simbiótica estable.
Procesos similares dieron lugar a la aparición del núcleo, el orgánulo donde se
encuentra localizado el material genético en las células eucarióticas, y de los
cloroplastos en las células de las plantas.
Es
difícil imaginar como una mutación puntual, que afecte solo a uno o unos pocos
nucleótidos, puede dar lugar a la aparición de nuevas funciones génicas. En
lugar de eso, existe un mecanismo basado en la mezcla o barajeo de las regiones
codificantes que existen en los genes eucarióticos. Es como si tuviésemos un
lego formado por un número limitado de piezas que pudiéramos mezclar de muchas
formas diferentes obteniendo resultados distintos en cada una de ellas.
Por
último, el intercambio de material genético entre organismos, bien de la misma
especie bien de especies diferentes, permite que las innovaciones evolutivas
puedan ser compartidas. Este mecanismo que se conoce como transferencia génica
horizontal es muy frecuente en procariotas y ha llevado a establecer el
concepto de pangenoma, que representa el conjunto de genes que en un momento
dado pueden estar disponibles para ser usados por cualquier miembro de una
población. Los vehículos más utilizados para el transporte de genes son los
denominados elementos móviles del genoma (plásmidos, virus, transposones y
retrotransposones). La transferencia génica horizontal pudo ser fundamental en
el propio origen de la vida si, como defienden algunos autores, el último ancestro
común universal, el famoso LUCA, en realidad hubiera sido un consorcio de
células primitivas que intercambiaban genes de forma muy promiscua.
En
ocasiones, el movimiento de material genético entre organismos es capaz de
promover grandes reorganizaciones en la expresión génica del individuo
receptor, dando lugar a importantes cambios fenotípicos sin alterar la
secuencia de los genes. Se ha documentado que el genoma humano contiene un 8%
de genes de origen viral, resultado de virus que infectaron a nuestros
ancestros en épocas pasadas y que nos dejaron como herencia su material
genético insertado en nuestros genomas. Esos genes, además de inducir cambios
en la expresión de nuestro genoma, en ocasiones han facilitado la aparición de
nuevas funciones. Por ejemplo, la expresión en un entorno celular de un gen de
un retrovirus insertado en nuestros genomas dio lugar a las sincitinas, las
proteínas que hicieron posible la aparición de la placenta en mamíferos.
Ahora,
al igual que hizo Carl Sagan en Cosmos,
toca preguntarse: si partiendo del mismo ancestro, la vida en la Tierra ha
podido diversificarse en tan amplia variedad de formas, ¿qué no podría ocurrir
en otros mundos en los que las condiciones ambientales fueran diferentes y en
los que la vida hubiera escogido para perpetuarse una bioquímica diferente que
también estuviera basada en un sistema de almacenamiento de la información
distinto del ADN? Y podemos ir más lejos aún, ¿qué pasará con la evolución de
la propia vida terrestre ahora que estamos aprendiendo cómo manipular nuestros
genomas?, ¿nos llevará eso a eliminar las limitaciones que afligen a algunas
personas o, por el contrario, acentuará aún más las diferencias entre nosotros?
Concluyo
este breve ensayo con otra cita de Carl Sagan: “Hasta ahora hemos escuchado solamente la voz de la vida en un pequeño
mundo. Pero al fin nos disponemos ya a captar otras voces en la fuga cósmica.
¡Ojalá que pronto encontremos otro ejemplo de vida y eso haga que, por fin,
comencemos a entender cuál es nuestro lugar, no solo en la Tierra, sino en todo
el Universo!
Ester
Lázaro Lázaro.
Doctora
en Ciencias Biológicas.
Investigadora Científica
en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA).
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