Los mecanismos de la vida ya funcionaban antes del ADN
Investigadores defienden la existencia de un hipotético 'mundo de ARN' precursor de la vida tal y como la conocemos
¿Y si nuestro ARN es extraterrestre?
El naturalista británico Charles Darwin fue el primero en describir la evolución de las especies, por la que la información genética en forma de secuencias de ADN se copia y se transmite de una generación a la siguiente, permitiendo con el tiempo ligeras variaciones que ... faciliten introducir nuevos rasgos en una población. El célebre científico llegó a esta conclusión tras comprobar cómo cada pequeña isla del archipiélago de las Galápagos era habitada por un pinzón con un pico diferente. Los científicos pueden utilizar el ADN para rastrear la historia de la evolución desde las plantas y animales modernos hasta los primeros organismos unicelulares. Pero lo que sucedió en los orígenes de la vida, mucho antes de las células, las proteínas y el ADN, aún no está claro. ¿Podría haber ocurrido un tipo de evolución similar a una escala más simple?
En la década de 1960, un grupo de investigadores propuso que la vida en nuestro planeta comenzó con un 'mundo de ARN', una era hipotética en la que pequeñas moléculas de ARN (ácido ribonucleico) gobernaron la Tierra primitiva y establecieron la dinámica de la evolución de Darwin.
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Una nueva investigación del Instituto Salk de Estudios Biológicos (La Jolla, California, EE.UU.), financiada por la NASA, respalda la hipótesis del mundo de ARN. El estudio, publicado en 'Proceedings of the National Academy of Sciences' (PNAS), revela una enzima de ARN que puede hacer copias precisas de otras cadenas de ARN funcionales, al tiempo que permite que surjan nuevas variantes de la molécula con el tiempo. Esto, según los investigadores, sugiere que la evolución ya pudo haber ocurrido a escala molecular en el ARN.
Los hallazgos también acercan a los científicos a recrear vida basada en ARN en el laboratorio. Al modelar estos entornos primitivos en el laboratorio, los científicos pueden probar directamente hipótesis sobre cómo pudo haber comenzado la vida en la Tierra, o incluso en otros planetas.
Los albores de la evolución
«Estamos persiguiendo los albores de la evolución», dice el autor principal y presidente de Salk, Gerald Joyce . «Al revelar estas nuevas capacidades del ARN, estamos descubriendo los orígenes potenciales de la vida misma y cómo moléculas simples podrían haber allanado el camino para la complejidad y diversidad de la vida que vemos hoy.»
Las hélices de ADN son excelentes para almacenar información genética. Muchos de esos genes, en última instancia, codifican proteínas: máquinas moleculares complejas que llevan a cabo todo tipo de funciones para mantener vivas las células. Por su parte, las moléculas de ARN están formadas por secuencias de nucleótidos extendidas, similares al ADN, pero también pueden actuar como enzimas para facilitar reacciones, al igual que las proteínas.
Joyce y su equipo trabajan con las ribozimas de ARN polimerasa: moléculas de ARN que pueden hacer copias de otras cadenas de ARN. Durante la última década, las han desarrollado en el laboratorio, utilizando una forma de evolución dirigida para producir nuevas versiones capaces de replicar moléculas más grandes. Pero la mayoría tiene un defecto fatal: no pueden copiar las secuencias con una precisión suficiente. A lo largo de muchas generaciones, se introducen tantos errores en la secuencia que las cadenas de ARN resultantes ya no se parecen a la secuencia original y han perdido su función por completo.
Pero ahora los investigadores han conseguido que la última ribozima de ARN polimerasa desarrollada en el laboratorio incluya una serie de mutaciones cruciales que le permiten copiar una cadena de ARN con mucha mayor precisión.
En estos experimentos, la cadena de ARN que se copia es una «cabeza de martillo», una pequeña molécula que escinde otras moléculas de ARN en pedazos. Los investigadores se sorprendieron al descubrir que la ribozima de ARN polimerasa no solo replicaba con precisión los tiburones martillo funcionales, sino que, con el tiempo, comenzaron a surgir nuevas variaciones de los tiburones martillo. Estas nuevas variantes se comportaron de manera similar, pero sus mutaciones las hicieron más fáciles de replicar, lo que aumentó su aptitud evolutiva y las llevó a dominar finalmente la población de tiburones martillo del laboratorio.
Vida autónoma de ARN
«Durante mucho tiempo nos hemos preguntado qué tan simple era la vida en sus inicios y cuándo adquirió la capacidad de comenzar a mejorar», dice el primer autor Nikolaos Papastavrou, investigador asociado en el laboratorio de Joyce. «Este estudio sugiere que los albores de la evolución podrían haber sido muy tempranos y muy simples. Algo al nivel de las moléculas individuales podría sostener la evolución darwiniana, y esa podría haber sido la chispa que permitió que la vida se volviera más compleja, pasando de moléculas a células y organismos multicelulares».
El equipo de Joyce está recreando este proceso en tubos de ensayo de laboratorio, aplicando una presión selectiva cada vez mayor sobre el sistema para producir polimerasas de mejor rendimiento, con el objetivo de algún día producir una ARN polimerasa que pueda replicarse a sí misma. Esto marcaría el comienzo de la vida autónoma de ARN en el laboratorio, lo que, según los investigadores, podría lograrse en la próxima década.
Los científicos también están interesados en saber qué más podría ocurrir una vez que este mini «mundo de ARN» haya ganado más autonomía.
«Hemos visto que la presión de selección puede mejorar los ARN con una función existente, pero si dejamos que el sistema evolucione durante más tiempo con poblaciones más grandes de moléculas de ARN, ¿se pueden inventar nuevas funciones?» se pregunta el coautor David Horning, científico del laboratorio de Joyce.
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Los métodos utilizados en el laboratorio de Joyce también allanan el camino para futuros experimentos que prueben otras ideas sobre los orígenes de la vida, incluidas qué condiciones ambientales podrían haber apoyado mejor la evolución del ARN, tanto en la Tierra como en otros planetas.
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