De sustancias químicas a códigos en el origen de la vida: ¿Un puente demasiado lejano?

Evolution News & Views   5 de junio de 2015 | Permalink

Una comunicación de la Universidad de Carolina del Norte, «New evidence emerges on the origins of life on Earth», comienza con un eco deliberadamente bíblico. Nos imaginamos a dos científicos de la UNC suspendidos sobre las aguas de la sopa primordial:

En el principio había unas sustancias químicas simples. Y produjeron aminoácidos que en su momento llegaron a ser las proteínas necesarias para crear unas células simples. Y las células simples se convirtieron en plantas y animales. Investigaciones recientes están desvelando cómo la sopa primordial creó los bloques constructivos, los aminoácidos, y hay un consenso científico extendido acerca de la evolución desde la primera célula a las plantas y a los animales. Pero sigue siendo un misterio cómo los bloques constructivos fueron ensamblados la primera vez para formar las proteínas que formaron la maquinaria de todas las células. Ahora, dos científicos veteranos de la Universidad de Carolina del Norte —Richard Wolfenden, PhD, y Charles Carter, PhD— han arrojado nueva luz sobre la transición desde los bloques constructivos hasta la vida hace como 4 mil millones de años. [Énfasis añadido.]

Es encomiable que reconozcan el «misterio» en conseguir proteínas a partir de bloques constructivos. En realidad, este es el quid de la cuestión, ¿no? La clave reside en el mensaje, no en meramente las letras. Así, dejemos de lado la cuestión de la evolución de plantas y animales a partir de células simples mediante selección natural. Dejemos de lado la cuestión de si un «consenso científico extendido» tiene mucho peso en la filosofía de la ciencia. E incluso vamos a concederles su «sopa primordial» sin quejarnos del problema de la dilución y otras cuestiones relacionadas.

Aquí está la dificultad que Wolfenden y Carter tratan de abordar: pasar de las «sustancias químicas simples» al LUCA (siglas en inglés correspondientes a Último Antepasado Común Universal). Supongamos que la evolución darwinista puede llevar de LUCA a Lucy o a cualquier otro animal complejo o a un humano. Esto nos deja con un planteamiento claro y definido: cómo pasar de sustancias químicas simples al LUCA. Carter y Wolfenden son los respectivos autores principales de artículos aparecidos en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, uno de ellos sobre los efectos de la temperatura sobre los aminoácidos, el otro sobre el origen de los códigos químicos, que proporcionan los detalles.

El comunicado periodístico emitido por la UNC contiene una sorpresa que puede desagradar a otros investigadores dedicados a estudiar el origen de la vida: el hundimiento de la «problemática» teoría del mundo del ARN.

Sus descubrimientos, publicados en artículos complementarios en Proceedings of the National Academy of Sciences, se enfrentan a la problemática teoría del «mundo del ARN», que postula que el ARN, la molécula que en la actualidad desempeña funciones en la codificación, la regulación y la expresión de genes, se elevó a sí misma desde la sopa primordial de aminoácidos y sustancias químicas cósmicas para dar origen al principio a cortas proteínas llamadas péptidos, y luego a organismos unicelulares.

Wolfenden y Carter argumentan que el ARN no funcionó solo; de hecho, no era más probable que el ARN catalizase la formación de los péptidos de lo que era que los péptidos catalizasen la formación del ARN.

«Nuestro trabajo expone que la estrecha vinculación entre las propiedades físicas de los aminoácidos, el código genético y el plegado de las proteínas fue probablemente esencial desde el principio, mucho antes que llegasen unas moléculas grandes y sofisticadas a la escena», declaraba Carter, profesor de bioquímica y biofísica en la Facultad de Medicina de la UNC. «Esta estrecha interacción fue probablemente el factor clave en la evolución desde los bloques constructivos a los organismos».

Este descubrimiento añade una nueva capa a la historia de cómo la vida evolucionó hace miles de millones de años.

De modo que han rechazado el mundo del ARN. Pero, ¿van realmente a pasar desde la sopa al LUCA con un solo salto? Se aventuran a lo que Carter llama «el desierto del conocimiento» de lo que vino antes de un antecesor capaz de selección natural. «Ni tan siquiera hemos sabido cómo explorarlo», observa. Para conseguir «complejidada partir de la simplicidad», van a pensar acerca de «interacciones entre aminoácidos y nucleótidos que llevaron a la cocreación de las proteínas y del ARN».

Wolfenden examina las propiedades físicas de los veinte aminoácidos y cómo responden a las temperaturas. Como los autores creen que era más cálido en los tiempos de la sopa primordial, quería asegurarse de que reaccionaban en los pliegues proteínicos de la misma manera que lo hacen en los medios modernos, con independencia de tamaño y de polaridad. Lo hacen, incluso a 100°C.

Una serie de experimentos bioquímicos con aminoácidos realizados en el laboratorio de Wolfenden estableció que dos propiedades —los tamaños así como las polaridades de los aminoácidos— eran necesarias y suficientes para explicar el comportamiento de los aminoácidos en proteínas plegadas y que esas relaciones también se mantenían a las temperaturas más altas de la Tierra hace 4 mil millones de años.

Este no es un punto polémico, porque es de aplicación a proteínas plegadas (que ya existen), y no tiene nada que ver con códigos o con antepasados comunes. Como tal, es sólo de interés académico para los bioquímicos. Así, podemos pasar ahora al artículo sobre el origen de los códigos. Aquí, Carter y Wolfenden atacan la cuestión fundamental:

El segundo artículo de PNAS, bajo la dirección de Carter, examina cómo las enzimas llamadas aminoacil-ARNt sintetasas pasaron a reconocer el ácido ribonucleico de transferencia, o ARNt. Estas enzimas traducen el código genético. …

«Que la codificación genética se desarrollase en dos etapas sucesivas —donde la primera fue relativamente simple— puede ser una razón por la que la vida pudo surgir mientras la tierra era todavía bien joven», observaba Wolfenden.

Un código más primitivo, que capacitó a los péptidos codificados más primitivos ligar el ARN, pueden haber proporcionado una ventaja selectiva decisiva. Y este primitivo sistema pudo luego experimentar un proceso de selección natural, lanzando una forma de evolución nueva y más biológica.

Esta estrategia de dividir para vencer, que designan como «mundo de los péptidos y el ARN», en lugar de un «mundo de solo ARN», se enfrenta con unos retos desmoralizadores que el comunicado de la UNC pasa de puntillas. Carter y Wolfenden son conocedores de que las modernas aminoacetil-ARNt sintetasas (aaRS) incorporan dos códigos: el código proteínico y el código genético. Este conjunto de veinte enzimas sabe a qué aminoácido debe vincularse en un extremo de una molécula de ARN de transferencia (ARNt), basado en el codón triplete que lee en el otro extremo. Es como traducir el español al chino. Un mensaje codificado ya es cosa compleja, pero la capacidad de traducir de un lenguaje a otro es marca de un diseño inteligente. Veamos como ellos «naturalizan» este proceso.

Una clave de la tesis de Carter es que unas hipotéticas sintetasas que designa como «Urzimas» (ur = primitivo) podrían unir aminoácidos a brazos aceptores de ARNt, incluso sin los anticodones en el otro extremo. «Urzimas sintetasas acilan ARNts cognados incluso sin dominios de unión de anticodones, en conformidad con la posibilidad de que el reconocimiento del brazo aceptor precedió al reconocimiento del anticodón». Aquí, él trata de conseguir el código proteínico de un solo salto. Este código experimenta una especie de selección natural primitiva, explica él, ordenando los aminoácidos por tamaños, grado hidrofóbico, u otras propiedades puramente fisicas. Pero se trata solamente de una «ventaja selectiva potencial», observa el artículo:

Los aminoácidos de clase I permitieron la formación de núcleos no polares y los aminoácidos de clase II poblaron las superficies de las proteínas globulares. Sería de esperar que la vinculación entre clases surgiendo de sus linajes de sentido/antisentido simplificaría la búsqueda de alfabetos reducidos de aminoácidos que pueden haber estado en uso durante la primitiva evolución de las proteínas, conduciendo al código genético universal.

¿Ventaja selectiva para quién? ¿O para qué? Aquí tenemos que hacer una pausa y formular preguntas serias. En este escenario, algunas semi-sintetasas que no reconocen anticodones «permiten» la formación de núcleos no polares. Otros aminoácidos forman pegotes en sus superficies. ¿Tenemos acaso proteínas funcionales aquí? No, tenemos pegotes de aminoácidos. No estamos ni siquiera seguros de que sean homoquirales, como tienen que serlo para funcionar. Se trata sólo de pegotes aleatorios de detritos en una sopa primordial, sin rima ni razón para existir aparte de alguna clase de ordenación por tamaños. No hay ninguna ventaja selectiva. Uno podría conseguir más o menos de ciertas clases de tamaños, pero si los pegotes no desempeñan ninguna función, carecen de todo sentido. No hay código. No hay mensaje alguno que les indique que deben hacer. No hay siquiera ningún código genético aún: el «reconocimiento» de ADN-a-codón-a-anticodon que tiene que estar asociado con un reconocimiento del brazo aceptor.

¿«Búsqueda», dicen ellos? Sin inteligencia, no existe ninguna «búsqueda de alfabetos reducidos de aminoácidos». No hay razón alguna por la que «puedan haber estado en uso» por ni para nada. ¿Por qué iba esto a «conducir al código genético universal»? Contemplemos una de aquellas máquinas que pueden ordenar pelotas de golf en una curva de distribución normal. ¿Acaso la pelota de golf en la columna central tiene una «ventaja selectiva» por estar ahí? No. Está ahí sencillamente debido a leyes gravitatorias y probabilidades. No hay función. No hay significado. El mecanismo natural de Carter de ordenación de aminoácidos adolece del mismo problema conceptual: él puede imaginar una ordenación de la población por tamaños o propiedades de las cadenas laterales, pero esto es el final de la línea si los pegotes no hacen nada.

La codificación de los brazos aceptores puede haber conferido una ventaja selectiva al distinguir entre aminoácidos más pequeños y mayores e identificar cadenas con ramificaciones β, alifáticas y carboxiladas. La Fig. 4 exhibe como sólo cadenas laterales pequeñas ajustan entre péptidos y bases de ARN, mientras que las cadenas laterales que se proyectan alejándose del ARN no están así constreñidas. La codificación del tamaño de los aminoácidos podría así haber ayudado a conservar estos patrones en transiciones a partir de una propuesta especificación directa estereoquímica a una codificación de triplete. La propensión conformacional de cadenas con ramificaciones de cadenas laterales β podrían similarmente haber favorecido estructuras secundarias β.

En el mejor de los casos, consigue montones de aminoácidos con propiedades y pliegues similares. Esto no es seleccionar; es sencillamente ordenar. Uno puede encontrar esto en lechos de ríos donde rocas de diferentes tamaños se ordenan en capas. Estos «patrones» quedan incluso «conservados», pero esto no constituye ni un código ni una especificación. ¿No queda claro que su transición de una «especificación directa estereoquímica a una codificación de triplete» no es real? Es sólo una «propuesta».

Esto es suficiente para refutar la hipótesis, pero ellos prosiguen. Reconocen que «el brazo aceptor y las bases de los anticodones componen unas especificaciones plenas, complementarias e independientes para los 20 aminoácidos canonicos al codificar, respectivamente, para tamaño y polaridad». Una especificación codificada plena es una marca de diseño inteligente, y dos especificaciones plenas codificadas e independientes para los mismos aminoácidos dan una plena certidumbre —especialmente cuando tenemos maquinaria que puede leer una especificación y traducirla a la otra especificación.

Además, los códigos se tienen que replicar de manera exacta, o se desvanecen rápidamente debido a una «catástrofe debida a errores». ¿Cómo surgió la corrección de errores? Pero estamos haciendo una digresión.

Al final del artículo, los científicos de la UNC pasan por alto la cuestión más importante: la conexión del código proteínico con el código genético. (Esto es en adición a algunos otros problemas con su escenario péptidos/mundo del ARN.) Vale la pena observar este malabarismo, con sus admisiones de ignorancia, gestualidades y una pasada lateral a jugadores en la banda:

Aunque no estamos en posición de abordar la cuestión acerca de cómo los brazos aceptores del ARNt aminoacetilado pudieran haberse alineado de acuerdo con un ARNm primordial en ausencia de anticodones, Rodin y Ohno sugerían que brazos aceptores de ARNt reconstruido exhiben señales de secuencias complementarias. Nuestros resultados reavivan la posibilidad de que tal complementariedad y/o emparejado de bucles laterales pudieran haber alineado los brazos aceptores acilados, anticipando el ensamblaje de péptidos en conformidad a un mensaje.

Este párrafo socava todo lo que ha venido antes. Deshincha todo el bombo en el comunicado. Acaban de admitir que no saben como conectar el código proteínico con el código genético. Introducen algunas especulaciones de otros investigadores. Intentan «reavivar la posibilidad» de que sucedió algo afortunado. Luego atribuyen «anticipación» a moléculas ciegas en una sopa. Y luego aparece esta frase tan cargada de significado: «en conformidad a un mensaje».

Esto, la única mención de la palabra mensaje en el artículo, es precisamente la cuestión central. Un mensaje, escrito en el ADN, se transcribe a ARN mensajero. El ARNm transporta este mensaje a la familia de enzimas aaRS, que traducen fielmente el mensaje al código proteínico. Los ARNs de transferencia acilados son portadores de ambas traducciones al ribosoma, que lee el ARNm y simultáneamente ensambla los aminoácidos a proteínas que convierten el mensaje a función plegándose para formar máquinas moleculares. Y esto no es todo: esas máquinas interaccionan en sistemas, regulados por capa sobre capa de especificaciones, mensajes y funciones. Por todas partes de la célula, sistemas de corrección de errores operan para impedir la pérdida o corrupción del mensaje.

«En conformidad a un mensaje». Con esas palabras se les escapa la realidad ineludible del diseño inteligente de la vida.

Imagen: © Stephen Coburn / Dollar Photo Club.

Fuente: Evolution NewsFrom Chemicals to Codes at the Origin of Life: A Bridge Too Far?  5/06/2015

Redacción: Evolution News & Views © 2015 – www.evolutionnews.org

Traducción y adaptación: Santiago Escuain, publicado en sedin-notas.blogspot.com.es

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