El mundo ARN como hipótesis para el origen de la vida
El
enigma del origen de la vida es el rompecabezas del huevo y la gallina. La
dependencia recíproca de los ácidos desoxirribonucleicos (ADN) y las proteínas
no tiene una solución fácil en términos naturalistas. Por eso los escenarios
imaginados para explicar el origen fortuito de las primeras formas vivas
resultan muy poco convincentes. De las distintas teorías imaginadas, la que de
forma más extendida ha ocupado los esfuerzos pensantes de nuestra clase
científica es la hipótesis conocida como “RNA Word”, el mundo ARN, o la
quimérica propuesta de un mundo viviente sustentado por moléculas de ARN
capaces de auto replicarse y generar actividad biológica que posteriormente y
con el tiempo acabaría dando paso a la vida tal como hoy la conocemos. La he
llamado quimérica porque ninguna actividad biológica conocida se comporta como
presupone la existencia de un modelo tal. La propuesta del mismo tiene como
finalidad tratar de aportar la hipótesis que más puede aproximarse a ofrecer
una solución verosímil al problema del huevo y la gallina, ¿qué fue primero,
las proteínas o el ADN?
El primero en proponer este modelo fue el prestigioso
microbiólogo de la Universidad de Illinois Carl Woese. Básicamente, en la forma
en que las conocemos, las proteínas cumplen diversas funciones pero entre ellas
una especialmente importante, la de catalizar reacciones químicas esenciales en
los procesos de la vida (enzimas), mientras que el ADN cumple principalmente la
función de almacenar información y servir de molde o modelo para la
construcción de hebras de ARN que posteriormente traducidas permiten la
construcción de las proteínas necesarias para las múltiples funciones del
organismo. La construcción de las proteínas precisa a su vez de un número
significativo de otras proteínas que operan como la maquinaria de una factoría.
Pues bien, el “RNA Word” es la hipótesis que propone un mundo viviente
primigenio en el que tanto la función de almacenamiento y depósito de
información como la de catalizador de reacciones imprescindibles para la vida
recaería en moléculas de ARN que han demostrado experimentalmente su capacidad
para realizar, al menos parcialmente, ambos cometidos.
En concreto sería como sigue:
1. Las moléculas básicas de ARN aparecerían de manera espontánea
en la Tierra primitiva y se unirían formando cadenas de oligonucleótidos
2. Ribosomas (enzimas de ARN) producirían la síntesis de
proteínas a partir de cadenas de ARN
3. Posteriormente un sistema de producción de proteínas mediante
otras proteínas remplazaría al sistema inicial
4.
Más adelante, las moléculas de ADN harían su aparición por un mecanismo
conocido como transcripción inversa a partir de cadenas de ARN
Stephen Meyer ha estudiado de manera exhaustiva los problemas
asociados al modelo del mundo ARN:
La
primera razón esgrimida por Meyer es la dificultad más que notable para la
formación espontánea de los bloques originarios anunciados para generar las
cadenas de ARN, y que incluiría, un azúcar llamada ribosa, fosfatos y las
cuatro bases esenciales, adenina, citosina, guanina y uracilo. Diversos
experimentos y opiniones muy respetables apuntan a la dificultad de la
generación espontánea de algunas de estas moléculas en las condiciones de una
Tierra primitiva y en concreto, y en palabras no muy lejanas del mismísimo
Stanley Miller (ya saben, el del famoso experimento Urey-Miller), la idea de
que las bases originarias pudieron estar disponibles en la Tierra primitiva “no
está sustentada por el conocimiento existente de la química básica de estas
sustancias”. Más problemática todavía se ha evidenciado la producción de ribosa
en idénticos escenarios; de hecho el ambiente rico en nitrógeno necesario para
la generación de las bases impediría la formación de la ribosa, si bien ambos
elementos son necesarios a un mismo tiempo para el desarrollo del modelo.
Otro de los problemas es que aún siendo cierto que las moléculas
de ARN han demostrado su capacidad para realizar ciertas funciones propias de
algunas proteínas, dando pábulo así a la hipótesis estudiada, en realidad las
moléculas de ARN susceptibles de emerger de forma natural tienen muy pocas de
las capacidades enzimáticas propias de las proteínas y el alcance conocido de
sus capacidades queda muy por debajo del mínimo necesario para sustentar un
modelo capaz de hacer creíble la emergencia de alguna forma de vida. En
palabras de Meyer pretender otra cosa sería como sostener que un carpintero
puede construir una casa con la ayuda de un martillo porque el martillo puede
ser útil en alguna de las operaciones que intervienen en la construcción del
edificio.
La dificultad más evidente es que resulta implausible la
existencia de un modelo basado solamente en moléculas de ARN capaz de almacenar
información codificada para su traducción. Recordemos que el sistema conocido
de transcripción y traducción exige la presencia en el proceso de un elevado
número de máquinas proteicas que desempeñan una gran variedad de tareas; sólo
el ribosoma donde tiene lugar el proceso de traducción es un artefacto
molecular en cuya formación participan cincuenta proteínas diferentes y se
precisan igualmente más de 50 tipos de ARN de transferencia y veinte aminoacil
ARNt sintetizas diferentes (enzimas específicas para la asignación del
aminoácido concreto requerido en cada paso del proceso de traducción). Además,
muchas de las proteínas presentes en el proceso ejecutan funciones múltiples y
catalizan transformaciones químicas coordinadas en diferentes etapas. Los
estudios de que disponemos por parte de los científicos que abogan por este
tipo de modelos han llegado a documentar, es cierto, la capacidad de las
moléculas de ARN para realizar algunas de las funciones requeridas en un
proceso de esta naturaleza. Pero como argumenta Meyer, el proceso sólo resulta
verosímil en la medida en que se pueda defender que todas las reacciones que
son imprescindibles para el modelo pueden ser ejecutadas por las moléculas
intervinientes, y esto es algo que estamos muy lejos de poder proclamar.
Así por ejemplo, algunos ingenieros moleculares han llegado a
identificar moléculas de ARN capaces de catalizar la reacción para la formación
de un enlace con los aminoácidos leucina y fenilalanina. Pero nada nos pueden
ofrecer con relación a los otros dieciocho aminoácidos intervinientes en los
procesos de la vida. Igualmente tampoco hay en el mundo ARN ninguna molécula
capacitada para realizar las funciones de los ARN de transferencia, es decir,
que cuenten con los anti codones específicos necesarios para mantener la
eficacia de un código genético. Tampoco se ha encontrado molécula alguna de ARN
capaz de conducir un aminoácido a un previamente identificado destino entre
otras moléculas de ARN específicas como sería un ARN de transferencia, tal como
ejecuta la que a la postre es la clave del sistema que garantiza la eficacia
perenne del código genético como hoy lo conocemos, la aminoacil ARNt sintetasa.
La razón de esta deficiencia no es casual, hay una explicación
para ello que descansa en la misma constitución química de las moléculas.
Básicamente las moléculas de ARN carecen de la estructura química necesaria
para realizar funciones complejas de catálisis como las que sí pueden hacer las
enzimas especializadas merced a su compleja geometría tridimensional que les
permite mantener las distintas moléculas involucradas en los diferentes pasos
de la reacción juntas y así poder coordinar sus interacciones.
Pero el argumento más convincente de los esgrimidos por Meyer en
su obra es, como no podía ser de otra manera, que el modelo del mundo ARN, como
cualquier otra propuesta naturalista, carece de justificación para el fenómeno
que caracteriza los procesos de la vida de manera específica y esencial, y es
la aparición de la información prescriptiva que gobierna la creación del
fenotipo y la forma biológica en general. En efecto, el modelo del mundo ARN
surge desde una perspectiva específicamente mecanicista y tiene por objeto
buscar un sistema alternativo a la realización de un proceso mecánico, es
decir, a la realización de una función conocida pero con otra maquinaria
diferente o con sistemas de producción menos complejos. Sin embargo, la
propuesta olvida que lo que define los procesos de la vida no es tanto la
maquinaria que ejecuta las diversas funciones como la información que prescribe
tal ejecución y que se orienta a la producción de resultados funcionales
óptimos y formas biológicas ideales (no por perfectas sino por representativas
de una concreta ideación). El modelo del mundo ARN se limita simplemente a dar
por hecho o a ignorar sencillamente la existencia de dicha información
prescriptiva.
El enigma que debemos explicar en los procesos de la vida es el
enigma de la emergencia de las secuencias concretas genéticas que contienen las
claves para la producción de los bloques de la vida y que no pueden ser
presumidas ni como el resultado de una inimaginable casualidad dada la
improbabilidad de las mismas ni como consecuencia de un procedo física o
químicamente determinado. Las secuencias de los segmentos del ADN como las
secuencias significativas de los segmentos de una molécula de ARN en el mundo
alternativo son perfectamente arbitrarias, ninguna base ocupa en la cadena un
puesto necesario fruto de algún tipo de afinidad inevitable y ninguna relación
unívoca entre un codón y un aminoácido es tampoco un dato explicable por la
determinación de las leyes naturales que conocemos. De esta forma cualquier
propuesta de auto-organización de las bases en secuencias con valor
prescriptivo carece de justificación.
Pues si los argumentos de Meyer resultan más que convincentes,
sírvannos de preámbulo para dar la bienvenida a un reciente estudio ampliamente
comentado en círculos científicos y que ha terminado por poner contra las
cuerdas la credibilidad de una hipótesis de un mundo ARN como fórmula para el
origen espontáneo de la vida en un mundo inanimado.
