EDICIONES DIÁLOGO FILOSÓFICO

Colección Jornadas 6

© 2008. Ediciones Diálogo FilosóficoCorredera, 1Apartado de Correos, 121

28770 Colmenar Viejo (Madrid)Teléf.: 610 707 473Fax: 918 462 973 •E-mail: dialfilo@hotmail.com

Diseño de cubierta: SANDRA

Gabinete de ComunicaciónUPSA

ISBN: 978-84-612-5928-1

Depósito Legal: S. 1.155-2008

Imprime:Imprenta KADMOSSalamanca, 2008

FUNDAMENTOS BIOlÓGICOS DE lA VIDA

HUMANA. ¿QUÉ ES lA VIDA?

FEDERICO MORÁN

Catedrático de Bioquímica y Biología MolecularUniversidad Complutense de Madrid

,INTRODUCCIÓN

Recientemente ha saltado a los medios de comunicación la noticia de la síntesis

química de un genoma completo conseguida por el científico Craig Venter y su grupode investigación (artículo finalmente publicado en la revista Science en Enero 2008).Estehecho, que tiene un valor tecnológico y científico notables, ha sido presentadopor los medios y por el propio Ven ter como un paso en la creación de "vida artificial"(reLThe Guardian). Sintetizar en el laboratorio, base a base, el genoma completo deuna bacteria, aunque sea éste uno de las más simples, es una gesta tecnológica sinprecedentes. Pero calificar este trabajo como creación de vida, es otro asunto. En esteartículo vamos a tratar precisamente este problema. Desde la investigación reciente enbiología de sistemas, biología sintética y programas de investigación sobre origen de laviday astrobiología, vamos a proponer una reflexión sobre lo que es y no es vida y lolejosque estamos aun de crear realmente vida artificialmente, si alguna vez se llega alograrlo.

La biología sintética se consolida en 2004 como campo de investigación a partirdelprimer congreso celebrado en el MIT en Cambridge, Massachussets. El programa deestaprimera reunión es claro en cuanto a los objetivos de los que pretende ser la biologíasintética.Sus tres grandes apartados se definían como:

1. diseño y construcción de partes biológicas, dispositivos e integración de siste­mas biológicos

2. desarrollo de las tecnologías para lograr este trabajo, y3. ubicar este desarrollo científico y tecnológico en su contexto social, presente y

futuro

A nadie se le oculta que un programa de investigación dirigido a la construcciónartificialde sistemas biológicos tiene un indudable impacto social, del cual fueron cons­cientessus promotores desde el principio.

No se puede responder a esta pregunta sin antes ponerla en contexto. Sólo conoce­mosuna forma de vida: la que forma la biosfera de este planeta que llamamos Tierra.

- 129 -

Los TresGrandesDominios

ARCHAEABACTERIA

EUCARYA

LUCA

Fig. 1. Representación del árbol de la vida con los tres grandes dominios

La primera evidencia que hay que tener en consideración es que todos los seresvivos que poblamos la Tierra estamos firmemente emparentados. Los análisis filogenéti­cos demuestran sin ninguna duda que todos procedemos de un tronco común. El árbolde la vida que se muestra en la Figura 1 muestra los tres grandes dominios unidos en unorigen común. En este origen se encuentra el ancestro común universal, LUCA. Todas lasespecies compartimos los mismos componente moleculares, desde los ácidos nucleicosa las proteínas, pasando PQ[-hidratos de carbono, lípidos y otros componentes que for­man las células, sean del tipo que sean. Todos estamos hechos de la misma materia. Lalógica consecuencia que se deriva de esta evidencia es que sólo conocemos una clase devida. Por tanto, cualquier intento de generalizar "lo que es la vida" partiendo de un soloejemplo, es arriesgado.

La segunda evidencia consiste en que la vida, aunque sólo conozcamos una clase,está formada por organismos y células, y éstas en definitiva son una forma de organiza­ción de la materia orgánica. Por tanto, la vida que conocemos es física y química. Lavida es una forma de organización de la materia y en definitiva es consecuencia de laevolución del Universo. Por tanto, estudiando como surgió la vida en la Tierra podría­mos entender sus fundamentos y aproximar una teoría que nos permita predecir en quecondiciones se puede originar esta organización de la materia que llamaos vida. Estonos permitiría no solo explicar por qué surge la vida en la Tierra, si no también postularsu presencia en otros mundos, comenzando por el propio Sistema Solar. Este es precisa­mente el campo de investigación de la astrobiología.

- 130 -

La vida surge en la tierra hace 3800 millones de años13000 millones de años (ma): BigBang5000 ma: formación del Sistema Solar

4000 ma: la Tierra se enfria. Agua liquida

3800 ma: registro isotópico de carbono deorigen biológico en sedimentos

3500 ma: primeros microfósiles

2700 ma: fotosíntesis. O2 en la atmósfera

EL CAMINO DE LA VIDA

Formación de ¿Principio de la vida?

los planetas iI fa rmación de la luna Ci~nob8cterias yI primeros estromatohtos- '-4600 4.500 3.600 3.500

Millones de años arras

Atmósfera

oxigenada

2400

Primeras algas

1.800

Primeras plantas primeros reptilesterresUes

Primerosmamíferos

470 310 210

5ENE:! F'EI'fIMARlABR!MAV!JUNJ JUL IAGOISEPIOCTINOVi:DICI

En unos 250 millones de años tiene lugar la evolución molec.I(larque da origen a las primeras células

Fig. 2. Origen y evolución de la vida en la Tierra. Junto a la escala temporal real se muestraotra escala como si la vida ocupase un año natural. Como referencia, en esta escala anual, el

origen del hombre habría que situarlo en las últimas horas del 31 de diciembre.

¿Qué sabemos y qué no sabemos?

- 131 -

Fig. 3 ¿Qué sabemos y qué no sabemos?

?•s·~,st",,..,..: ;.

~~ot;on) .~Model: <!J

Hypcrcycle r:<!J

rnom

~

C,...,.,e1:CJOolf.:$f"T"')J

I~'" Model:Coocerv-ote

MicrQsphcre--1­Minir'""nOI

orga ni s,...,....,(Ur-c:ell)

CCJt"bonicacids ..

glyc¡er-olFats¡

13800 ma

La vida surge en la tierra hace unos 3800 millones de años (ma). Teniendo en cuentaque el sistema solar se forma aproximadamente hace 5000 ma y que la Tierra se enfría losuficiente para mantener agua líquida hace 4000 ma, nos deja para el origen de la vidauna ventana de aproximadamente 200 ma. En la Figura 2 se muestran estos hechos enuna escala temporal. En este tiempo tuvo lugar la evolución química, la síntesis de molé­culas de la química orgánica a partir de moléculas inorgánicas más sencillas, presentesen la atmósfera y en los océanos de la Tierra primitiva. Con experimentos que podemosreproducir hoy en día, como el experimento de Miller, se sintetizan moléculas orgánicasde procedencia no biológica, como son aminoácidos, bases nitrogenadas, azúcares, lípi­dos, etc. En resumen, los "ladrillos" que forman las moléculas que dan lugar a la vida.

De acuerdo con el Prof. Christian de Duve, la vida surge a través de un grannúmero de proceso físico-químicos que fueron altamente probables en condicionesprebióticas. La química y la física son ciencias universales. Sin entrar en una discusiónahora en esta materia (ver una reflexión mas amplia en Morán F, Moreno A. (2007) ¡Esposible la universalización de la Biología? Revista Española de Física (publicada por laRSEF). Julio-Septiembre, pp. 2-6) esta universalidad hace que los procesos propios de laquímica, por ejemplo, sean predecibles y reproducibles sin ambiguedad. Una reacciónquímica dada es un proceso que en las mismas condiciones experimentales simple daráel mismo resultado. Este "determinismo" de la química, y por supuesto de la física tam­bién, nos permite explicar el origen de la materia orgánica que se podría encontrar enla Tierra primitiva en condiciones prebióticas. Podemos determinar el origen y los pro­cesos que conducen a las moléculas de la vida. Según se muestra en la Figura 3, nuestraciencia permite explicar desde la formación de aminoácidos hasta la de polipétidos,polinucleotidos, membranas, etc. Pero ahí termina nuestra capacidad de predicción. Enel momento que cruzamos la frontera de la biología, aunque sea en un escenario todavíalejos del LUCA, aparece la indeterminación, el azar, los procesos que depended de lahistoria, en definitiva la biología. Hoy podemos afirmar que la biología no es una cienciauniversal en el sentido que lo son la física y la química. Si hiciésemos el experimentomental de "rebobinar la cinta", es decir, volver a colocar la Tierra primitiva en las mis­mas condiciones y observar su evolución posterior, no podemos afirmar qué de lo quehoy conocemos como vida estaría presente y qué no en ese mundo paralelo. Podríamosafirmar que la vida estaría basada en el carbono, "casi" con certeza. Pero qué moléculasserían las protagonistas, no podemos saberlo. Sí podemos mantener que surgiría unaforma de organización de la materia similar a ésta que llamamos vida, peor no sabríamosdecir que tendrían en común y q~e no con la vida que conocemos.

¡QUÉ ESUN SERVIVO?

Los libros de texto clásicos definían un ser vivo en base a sus propiedades o mejordicho a su actividad: "un ser vivo es aquel que nace, crece, se reproduce y muere". Seha trabajado mucho en encontrar una mejor definición de ser vivo. En este sentido laspropuestas recientes contemplan la definición anterior cambiando la cua-ta caracterís­tica por "Evoluciona" (Ruiz-Mirazo, K., et al. (2004). Basic autonomy as a fundamentalstep in the synthesis of Life. Artificial Life j. 10 (3), 235-260) . Dejando a un lado que hayseres vivos que no mueren, en el sentido de que no tienen mecanismos programados demuerte celular -una bacteria puede dividirse incontables veces sin que por ello sea masvieja- el concepto de evolución de los seres vivos es algo intrínseco a su propia existen­cia.

Podemos decir que el origen de la vida se sitúa en el origen de la célula. La evo­lución molecular y la autoorganización de la materia condujo (mediante mecanismosque hoy en día son objeto de investigación por numerosos grupos) a la aparición de lasprimeras células. Estas primeras células o proto-células estaban todavía lejos del LUCA.

- 132 -

Es más que probable que se produjesen en condiciones prebióticas diferentes formacio­nes celulares compitiendo unas con otras por los mismos recursos hasta que una de estascolonias se seccionó sobre las otras y condujo a los precursores del LUCA.

7"'----

('unnquclc'''>

~'O\

d, ­Gol~

~""""-----Golg¡

\ttmhrana~pI<KmaltCól

RCI •••.-ulo

trnt.~mlCoI.w

/:'~/---~~- _ ...•......•.. - /--J~­./­.

1. Nace2. Crece

3. Se reprodL.'ce4. Evoluciona

¿Qué es un ser vivo?

Fig. 4 ¿Qué es un ser vivo?

Cuando vemos una célula viva, nos podemos preguntar qué es lo que la haceviva,qué es lo que la distingue de la materia inerte o no viva que la rodea. Una célularepresenta un medio diferenciado de su entorno por una frontera que conocemos comomembrana. Dentro de la célula existen una serie de moléculas y orgánulos que le confie­rensu función y sus propiedades. El material genético, de acuerdo con el dogma centralde la biología, que supone que sus cromosomas y en definitiva su ADN, por medio de laexpresión en ARN y éste en proteínas, le confieren a la célula sus propiedades especí­iicas.El genotipo condiciona el fenotipo. La información genética es fundamental paraqueuna célula sea una célula con unas propiedades especificas. Pero esta informaciónnoes suficiente. Para demostrarlo propongamos el siguiente experimento: supongamosquecon un martillo muy fino podemos romper la membrana de una célula funcional,"desparramando" su contenido. Como es obvio, ésta dejaría de ser funcional a partir deesemomento. Es decir, pasaríamos de un ser vivo a uno no vivo en un instante. Es evi­denteque en ese primer instante el material genético está intacto -no ha dado tiempo aquese rompan los cromosomas- pero esa mezcla de materia orgánica que antes era unacélulaviva ya no es más un ser vivo. Por tanto el genoma no es suficiente para que un servivolo sea. Se necesita, además, que las cosas (las moléculas y orgánulos de la célula)estén"en su sitio". Esta información de lugar, de colocación relativa de unos elementoscontoros, en definitiva de la estructura celular, no esta codificada en el genoma. Lo queestacodificado en el genoma es necesario para mantener el orden y la función celulares,

- 133 -

pero en el genoma no esta codificado ese mismo orden. Esa información, que llamamosepigenética, se transmite directamente por medio de la progenitara de la célula (o proge­nitores en el caso de la reproducción sexual). Para que se forme, hoy en día, una célulaes necesario que exista otra antes que le transmita esta información epigenética, quees su progenitora_ Ahora bien, ¿quién le trasfiere a la célula progenitora su informaciónestructural? Como es natural, la progenitora de ésta. Y ¿a ésta otra? Su progenitora ante­rior. Y así iríamos retrocediendo de progenitora en progenitora hasta llegar al origen delas primeras células, es decir, al origen de la vida. Por tanto la vida no se puede explicarsi no es en el contexto de la evolución. La vida no es una foto fija, es una película. Cual­quier intento de definir la vida de modo estático es un fracaso.

¿SE PUEDE CREAR REALMENTE VIDA ARTlFIClALMENTE?

De acuerdo con lo expuesto anteriormente, parece claro que la gesta de Venter noconduce a la creación de vida. El genoma artificial sintetizado en el laboratorio no esmas -ni menos- que una compleja molécula que porta la información genética de unabacteria. Pero que de poco sirve si esta molécula no está dentro de una bacteria que lepermita expresarse adecuadamente. Nadie duda de que si el genoma sintético de mico­plasma se sustituye dentro de una célula de micoplasma por su genoma original, estefuncionará perfectamente como el primero. Pero se necesita todo el "envoltorio" quesupone la bacteria ya formada.

El programa de investigación de vida sintética, además de ocuparse de la síntesisartificial de genomas, también propone la síntesis completa, de nava, de una célula. Peropor primitiva y simple que sea esta célula todavía estamos lejos de poder reproducir en ellaboratorio los procesos físico-químicos y los complejos procesos de autoorganización y

de ensamblaje de la materia que condujeron hace unos 3.800 millones de años al origende la vida en la Tierra. No es imposible que esto se pueda lograr algún día. Pero hoy endía estamos lejos de lograrlo. Aunque con la ciencia y la tecnología nunca se sabe.

- 134 -