En Busca de los Origenes de la Vida - Manrubia.pdf

7/21/2019 En Busca de los Origenes de la Vida - Manrubia.pdf

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SSuussaannnnaaCC..MMaannrruubbiiaa

EENNBBUUSSCCAADDEELLOOSSOORRGGEENNEESSDDEELLAAVVIIDDAA

CCllaavveessddeessddeellaaTTiieerrrraa

Centro de Astrobiologa (INTA-CSIC) Ctra. de Ajalvir km. 4,28850 Torrejn de Ardoz, Madrid

Resumen

Hace cinco mil millones de aos la Tierra que hoy habitamos eraun ardiente e informe conglomerado de rocas fundidas, gas y polvo,parte menor del disco de materia que haba de dar lugar a nuestroSistema Solar.

Quinientos millones de aos ms tarde, ya diferenciada del restode planetas, la actividad volcnica era intensa y constante elbombardeo de su superficie por los fragmentos de materia

remanentes. La Tierra era hostil, en consecuencia, a cualquier intentode organizacin qumica. As fue, creemos, durante otros quinientosmillones de aos. Sin embargo, hoy debatimos acaloradamente lafecha en que las primeras clulas dejaron su huella fsil en las rocasms antiguas de la Tierra. Fue como poco 3500 millones de aosatrs, quiz hace 3800.

La conclusin es inmediata: una vez la temperatura descendi lo

suficiente como para permitir que ciertas molculas complejas fueranestables, la vida apareci y coloniz el planeta. Aparentemente, elpaso de materia inerte a materia viva se produjo en unos pocoscientos de millones de aos, en una forma o formas que an nohemos descubierto ni imaginado. Ante tal hecho, podemos especularsobre lo azaroso o lo necesario de la organizacin de la materia paradesembocar en la vida, sobre la precisa seleccin de constantesfsicas en nuestro universo que as lo posibilitan, sobre laplausibilidad de mundos alternativos y sobre tantas otras cuestiones


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derivadas de nuestra curiosidad humana. Pero nuestras certezas sonpocas. La mayor parte de las respuestas est por llegar, y el caminose antoja sumamente interesante.

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LLOOSSOORRGGEENNEESS

La actividad volcnica y la frecuencia de impactos disminuyeronprogresivamente durante los primeros mil millones de aos deexistencia de la Tierra. A pesar de que estos eventos ocasionaban un

calentamiento del planeta, tambin aportaron gran parte del agua ylos componentes atmosfricos necesarios para la posterior aparicinde la biosfera.

En el primer tercio del en Arcaico, hace unos 3800 millones deaos (Ma), la atmsfera de la Tierra era relativamente rica en CO2,CO, vapor de agua y gases procedentes del vulcanismo, entre ellosmetano, y suficientemente densa como para mantener un ocanoestable. El efecto invernadero propici un aumento de temperatura,necesario para mantener el agua lquida, a pesar de que el sol emitaun 30% de energa menos que en la actualidad.

De esta poca datan algunas de las rocas ms antiguas conocidas(halladas en la isla de Akilia, Groenlandia) susceptibles de conservarrestos de actividad biolgica. Esta interpretacin de las estructuras deaspecto celular que contienen no es compartida por todos losexpertos en el tema. No queda duda, sin embargo, sobre los consor-cios celulares (estromatolitos) de 3500 Ma de antigedad hallados enPilbara, Australia, sin duda de origen biolgico. De la misma pocadatan los estromatolitos de Fort Victoria (Zimbawe) y losmicrofsiles de Warrawoona (Australia). Todo ello nos lleva a situarel origen de la vida en algn momento entre hace 3900 y 3500 Ma,entre el fin del bombardeo masivo de meteoritos y los primerosrestos fsiles reconocidos.

Antes de ser transformada por la vida, la Tierra era un fantstico


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laboratorio de qumica. Mltiples ambientes coexistan, la energanecesaria para propiciar reacciones qumicas estaba disponible, nohaba consumo activo de molculas complejas en ausencia de

metabolismo; nubes, aguas someras, mares abiertos y clidos fondosocenicos proporcionaban crisoles distintos y quiz complemen-tarios. Y en algunos de esos lugares, no podemos excluir que inclusoen varios de ellos, finalmente sucedi. Las complejas transiciones enla organizacin de la materia que hicieron posible la aparicin de lavida representan cambios cualitativos mayores que no compren-demos an. Ni siquiera podramos enumerar ordenadamente cmodeben producirse, ni pronunciarnos sobre su grado de contingencia o

inevitabilidad.En los ms de cincuenta aos transcurridos desde que el origen de

la vida dej el plano especulativo y pas a ocupar los laboratorios dequmica, los avances logrados son modestos. Fue en 1953 cuandoStanley Miller, un estudiante de Harold Urey a la sazn en laUniversidad de Chicago, llev a cabo un hoy clsico experimento desntesis abitica. Asumiendo que la atmsfera primitiva de la Tierra

era altamente reductora (ms de lo que se acepta en la actualidad),Miller introdujo en un matraz vapor de agua, hidrgeno, metano yamonaco, y someti la mezcla a descargas elctricas.

Los resultados de su experimento no podan haber sido msalentadores: en pocos das se haba generado una gran cantidad decompuestos de carbono, entre los cuales se pudo identificar muchosde los aminocidos que forman parte de los seres vivos. Hoy en da

conocemos varias formas de sntesis de los bloques qumicos bsicosnecesarios para la vida a partir de compuestos inorgnicos. Se hademostrado asimismo que es posible construir polmeros de hastaunas 40 unidades mediante la catlisis proporcionada por superficiesminerales (en particular por la arcilla montmorillonita). Estas mol-culas son pequeas comparadas con las enzimas que habitualmenteparticipan en la biologa celular, pero podran haber presentado unafuncionalidad suficiente para mediar en la transicin hacia la

autorreplicacin, entre otras funciones esenciales.


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Otro punto de inters es la formacin de membranas en su sentidoms amplio, entendidas como frontera semipermeable entre unambiente externo fluctuante y un interior donde se mantiene una

densidad elevada de los reactivos implicados en las reaccionesqumicas, as como las condiciones que stas requieren.

Podemos hablar de varias teoras sobre el origen de la vida,ninguna de ellas completa por el momento, que intentan enlazar eltiempo en el que los bloques qumicos bsicos para la vida estuvierondisponibles con la aparicin de la primera protoclula. Estas teorasse dividen en dos grandes grupos: las que entienden que la aparicinde genes es el paso fundamental (como la teora del mundo de ARN,ya postulada por F. Crack y L. Orgel en la dcada de 1960, donde elcido ribonucleico cumplira funciones tanto de archivo de la infor-macin como de catlisis qumica) y las que requieren la aparicindel metabolismo antes que la de los sistemas codificadores deinformacin. Entre estas ltimas encontramos el mundo de hierro yazufre de G. Wchtershuser, la qumica compleja basada entiosteres de Christian de Duve, o las aportaciones mucho ms

tericas de F. Dyson y S. Kauffman, basadas en la capacidadautoorganizativa de grandes sistemas. Es probable que, si algn daconseguimos establecer una secuencia plausible de eventos condu-centes a la aparicin de la vida, el resultado sea una teora hbridadonde parte de las enumeradas (y seguramente otras) colaboren en lasntesis.

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Breve cronologa de la vida

De una u otra forma, la evolucin molecular desemboc ensistemas celulares en los que las macromolculas principales (cidosnucleicos y protenas) realizaban funciones similares a las que llevana cabo en los seres vivos actuales. Las primeras clulas eranprocariotas, clulas sin ncleo que actualmente se clasifican en losdos dominios Bacteria y Arquea.

La vida empez con casi total seguridad en el agua lquida, quiz


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en una zona costera u otra regin de aguas someras, o quiz en unaregin clida del fondo ocenico. Hay indicios de que la vida puedehaber tenido un origen termfilo o hipertermfilo, es decir, que las

primeras clulas gustaban de ambientes notablemente clidos.Aunque no hay consenso sobre esta posibilidad, se han hallado

fsiles de organismos hipertermfilos de 3200 Ma de antigedad, loque certifica cuanto menos su aparicin temprana. Recientemente seinvestiga los ricos ecosistemas y la variedad de reacciones qumicasque pueden tener lugar en chimeneas submarinas y regiones hidroter-males en el fondo ocenico. En estas zonas se ha hallado grancantidad de organismos adaptados a altas temperaturas. No obstante,en contra de tal origen caliente para la vida se argumenta la bajaestabilidad de ciertas molculas, como el propio ARN, que sedegrada rpidamente a altas temperaturas.

La vida celular se diversific rpidamente y ocup la mayor partede nichos disponibles. Hay evidencias de organismos sulforre-ductores (capaces de extraer energa de compuestos de azufre, enparticular sulfatos) hace 3500 Ma. Les siguieron los quimiolittrofos

y los metangenos. Estos ltimos establecieron asociaciones conmicroorganismos metantrofos, los cuales usaban como fuente deenerga el metano desprendido por los primeros.

Hace unos 2700 Ma apareci la fotosntesis oxignica: fue eldesencadenante de una serie de modificaciones mayores en lacomposicin y el aspecto de la Tierra, en un proceso que se prolongdurante 1500 Ma. El oxgeno, presente en proporcin cada vez

mayor, se acumul al principio en los ocanos, donde oxid el hierrooriginando as las grandes formaciones de hierro bandeado.

Cuando el oxgeno pas a la atmsfera en cantidades apreciablescaus extinciones debido a su toxicidad. La biosfera reaccion anteel brutal cambio: aparecieron organismos capaces de usar el oxgenocomo aceptor final de electrones en la respiracin y se hicieronprogresivamente ms abundantes en el planeta. La nueva forma de

respiracin basada en oxgeno tena ventajas, ya que proporcionabaenerga en cantidades no disponibles hasta entonces.


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Las antiguas comunidades anaerobias se retiraron paulatinamentea ambientes donde no alcanzaba el oxgeno y los organismosaerobios se expandieron, transformaron el planeta, dotaron a los

ocanos de grandes cantidades de oxgeno en disolucin ycondujeron a la atmsfera actual. El mar perdi su arcaico colorpardo turbio y la atmsfera se volvi transparente. Y es slo desdeentonces que este mundo tiene el cielo azul.

Durante unos mil millones de aos, las clulas procariotas fueronlos nicos habitantes del planeta. La aparicin de la clula eucariotasupuso una revolucin en la historia de la vida, abriendoposibilidades creativas hasta entonces imposibles. Su estructura esms sofisticada que la de la clula procariota, ya que posee uncomplejo sistema de membranas internas, incluyendo la membrananuclear que asla el genoma del citoplasma celular, y uncitoesqueleto: a falta de una pared celular rgida como existe en casitodos los procariotas, el citoesqueleto mantiene la forma celular yposibilita distintas funciones motiles.

En casi todas las clulas eucariotas hallamos unos orgnulos

(mitocondrias) donde tiene lugar la respiracin de oxgeno. Son lasverdaderas factoras energticas de la clula, y provienen de laasociacin (endo-) simbitica entre los primeros eucariotas ydeterminados procariotas de vida libre: una especie de bacteriasprpura no sulfurosas. Algunos eucariotas (las plantas y las algas)poseen otro orgnulo importante, el cloroplasto, adquirido porendosimbiosis con antiguas cianobacterias. Existe evidencia indirecta

de la presencia de clulas eucariotas hace 2650 Ma, aunque losprimeros fsiles no controvertidos datan de hace unos 2100 Ma. Lacomplejidad estructural de estas nuevas clulas, las posibilidadesevolutivas ofrecidas por un genoma separado del citoplasma y laenorme cantidad de energa proporcionada por los orgnulosrespiratorios y fotosintticos adquiridos inaugur una nueva era enevolucin: la multicelularidad.

Una vez la clula eucariota estuvo disponible, la aparicin deorganismos multicelulares parece ser un suceso necesario. De hecho,


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hongos, plantas y animales evolucionaron independientemente apartir de linajes unicelulares: los hongos provienen de los qutridos,las plantas de las algas verdes, y los animales de los coanoflagelados.

Las algas rojas, verdes y pardas se incluyen ocasionalmente entre losorganismos multicelulares, atendiendo a su capacidad de formargrandes colonias que incluyen diferentes tipos celulares. Tambinalgunos procariotas se organizan en colonias que comparten ciertaspropiedades con los organismos multicelulares verdaderos, aunquesu complejidad es mucho menor.

Es muy difcil hallar rastros de organismos pequeos y de cuerpoblando, y de ah que exista un aparente salto entre las colonias deorganismos unicelulares y la aparicin de los animales. Los fsilesms antiguos de animales tienen 590 Ma de antigedad, aunque esmuy probable que sus precursores aparecieran mucho antes, quiz1000 Ma atrs.

Resulta fascinante la explosin creativa que se dio tras laaparicin de los animales. En el Cmbrico, una era que empez hace542 Ma, los mares se poblaron de las criaturas ms fantsticas

imaginables. En un intervalo de tiempo brevsimo desde un punto devista geolgico y evolutivo aparecieron todos los planes corporalesque hoy permanecen (incluyendo a los cordados, entre los que noscontamos), y otros muchos que se extinguieron. A partir de entonces,y en comparacin con la dificultad que seguramente entra cons-truir la primera molcula con capacidad de autorreplicarse, el trabajode la evolucin ha sido, en cierta medida, sencillo.

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Clasificacin de la vida

Hasta muy recientemente, la clasificacin de los organismos vivosse basaba en su fenotipo, es decir, en sus caractersticas observables(morfologa, comportamiento, adaptaciones ...). La taxonoma clsica

estableca jerarquas e inclua tanto las especies vivas como lasextinguidas, cuyos caracteres se conocan a partir de los restos


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fsiles. Actualmente, las tcnicas de secuenciacin de genomas hanpermitido realizar una clasificacin ms objetiva (y menos intuitiva)basada en la comparacin sistemtica de diversos genes y en

particular de los que originan el ribosoma celular. As ha sido comola clasificacin en cinco reinos de hace apenas una dcada (monera,proctista, hongos, plantas y animales) han sido casi completamentesustituidos por tres dominios, segn propuesta de C. Woese en 1990:Arquea, Bacteria y Eucaria. Cuatro de los reinos (todos exceptomonera) se agrupan ahora en Eucaria. Los estudios con secuenciasprovenientes del ARN ribosomal (con frecuencia el gen de lamolcula 16S) revelan que la distancia evolutiva entre tres de ellos es

notablemente menor de lo que sus diferencias morfolgicas parecenindicar: hongos, plantas y animales pertenecen al dominio Eucaria, yse hallan evolutivamente prximos a pesar de haberse originadopartiendo de tres linajes independientes de eucariotas unicelulares.

Hay algunos investigadores, entre ellos L. Margulis, que mantie-nen sin embargo que la clasificacin basada en un pequeo segmentode ARN olvida la mayor parte de la historia evolutiva de los

organismos, en la cual grandes eventos como la simbiosis han sidodeterminantes. Siendo rigurosos, un arbol de la vida basado en unfragmento de ARN o en un solo gen es en realidad el rbol de esefragmento o de ese gen, no de los organismos que actualmente lotienen incorporado en su genoma. Sabemos que los genomas hanmantenido un alto grado de promiscuidad durante la evolucin:fragmentos enteros han sido traspasados horizontalmente entreespecies, mdulos enteros del genoma en ocasiones, en un procesoque an hoy en da ocurre pero que fue con gran probabilidad comn(incluso imprescindible) al principio de la evolucin. Si se toma enconsideracin las cesiones horizontales de partes del genoma no sehabla ya de un rbol de la vida, sino de una red de la vida.

No obstante las crticas que se puedan realizar a los estudiosmoleculares, el descubrimiento ms notable derivado de la aplicacinde estas tcnicas ha sido sin duda la identificacin de un nuevo

dominio: Arquea. Todos los organismos pertenecientes a este domi-


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nio son procariotas y, en la clasificacin en reinos, Arquea venaagrupado con el dominio Bacteria en atencin a sus caractersticascelulares. Pero Bacteria y Arquea no podran haber tenido historias

evolutivas ms distintas. Sus paredes celulares son distintas encomposicin. Mientras que casi todas las bacterias tienen peptidogli-cano, el dominio Arquea presenta varios tipos distintos: pseudo-peptidoglicano, polisacridos, protenas y glicoprotenas puedenformar la envoltura de las arqueas. Hay asimismo otras diferencias enla qumica ms bsica de la produccin de protenas y de laarquitectura celular. En cuanto a sus hbitats, todos los procariotaspatgenos pertenecen al dominio Bacteria, lo cual implica que al

menos algunos de los grupos bacterianos han coevolucionado deforma suficientemente cercana al hospedador que infectan oparasitan.

Muchos procariotas del dominio Arquea tambin ciertas bacteriasson extremfilos, es decir, ocupan ambientes que tradicionalmentehaban sido clasificados como inhabitables por sus duras condiciones(alta temperatura, presencia de sustancias txicas, gran acidez...). El

repertorio de soluciones metablicas que hallamos en las arqueas esexcepcional. Las clulas eucariotas, por su parte, compartensemejanzas con ambos dominios procariotas. Por ejemplo, mientrasque la arquitectura metablica resulta ms prxima a la del dominioArquea, gran parte de las enzimas eucariotas tienen su origen en eldominio Bacteria. Resulta an difcil establecer de cul de los dos sehalla evolutivamente ms cercano.

Sea cual sea la secuencia precisa de eventos evolutivos que llevande la protoclula inicial a la diversidad que hoy encontramos, todoslos seres vivos procedemos de un nico antepasado comn, lo cualqueda definitivamente demostrado por la filogenia molecular basadaen la comparacin de genes. A este progenote, hipottico organismounicelular que habit la Tierra hace al menos 3.500 Ma, se le designacon el acrnimo de LUCA (Last Universal Common Ancestor).

De todo rbol de la vida quedan excluidos virus y viroides: estosorganismos de origen incierto evolucionan tan rpidamente que


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imposibilitan el establecimiento de una semejanza razonable no slocon los organismos celulares, sino entre ellos mismos.

La biologa molecular ha destapado la caja de Pandora de la

biodiversidad. La mayor parte de las especies de Arquea y Bacteriano pueden ser cultivadas en el laboratorio. Sus ambientes naturalesson difciles de recrear, y por tanto no se conoce con precisin lamicrobiologa de gran nmero de especies. Sin embargo, la tomadirecta de muestras en el medio natural y el anlisis de los genomasmediante sondas moleculares especficas para cada dominio permitendecir que son muchas las especies distintas de las conocidas queestn ah, aunque no sepamos qu aspecto tienen. Las estimas debiodiversidad se han visto pues fuertemente corregidas. Norman Paceafirma que la microbiologa clsica slo pudo describir una de cada10.000, quiz slo de cada 100.000 especies de arquea y bacteria queexisten. Y aunque de las especies descritas, un 74% son animales,creemos ahora que stas solo representan el 6% de todas las especiesque existen. El mundo microbiano nos es desconocido en su mayorparte.

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Colonizacin de ambientes extremos

La caracterstica ms relevante de las arqueas reside en sucapacidad de adaptacin a ambientes que, desde nuestra antropocn-trica visin, identificaramos como claramente hostiles a la vida: lamayora de las arqueas que conocemos son organismos extremfilos.

Esto quiere decir que son capaces de colonizar ambientes con algunacaracterstica fsica o qumica que consideraramos extrema (poroposicin a ambientes mesfilos, que son aqullos en los que un serhumano se siente cmodo).

Los organismos extremfilos (arqueas en su mayor parte, perotambin algunas especies de bacteria y eucaria) han superado ladificultad desarrollando adaptaciones que les permiten crecer yreplicarse en ese ambiente. La clasificacin sistemtica de losorganismos extremfilos fue inaugurada en la dcada de 1960 por


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Thomas D. Brock y su grupo, quienes describieron los primerosorganismos hipertermfilos en el parque natural de Yellowstone(EEUU). Una de las primeras especies descritas fue Thermus

aquaticus, una bacteria resistente a altas temperaturas cuyapolimerasa (la protena que sintetiza ADN), la conocida como Taq-polimerasa, se ha convertido en una importante herramientabiotecnolgica.

Los avances en el conocimiento de organismos extremfilos hansido enormes desde entonces. Fue la simple aceptacin de que quizhaba algn organismo capaz de soportar la alta presin de las fosasocenicas, el fro permanente de los desiertos de hielo o la sequa delas zonas ms ridas de la tierra la que proporciono una nueva formade mirar a nuestro entorno. Y slo as se pudo ver la riqueza deldominio Arquea, en un descubrimiento continuo que ha obligado areplantear cules son los requerimientos ambientales mnimos que lavida precisa. Tomando el nico ejemplo de vida que conocemos, lade la Tierra, resultan imprescindibles tan slo tres condiciones: agualquida, nutrientes y una fuente de energa. Efectivamente, hemos

hallado vida all donde la hemos buscado, siempre y cuando hayamossido capaces de disear los protocolos necesarios para identificarla oaislarla. No haber hallado vida en algunos ambientes no significa questa no haya conseguido adaptarse a ellos. Como el tardodescubrimiento del dominio Arquea indica, quiz no somos ansuficientemente hbiles buscando. O quiz sucede que no sabemosqu buscar . . .

Recorramos con algo de detalle algunos de los ambientes donde,inesperadamente, hemos descubierto que la vida se desarrolla. Sibien siguen existiendo limitaciones a las temperaturas mximas ymnimas que permiten el correcto funcionamiento del metabolismo,los lmites actuales sitan en unos 20 grados centgrados bajo cero elmnimo y en 113 grados C. el mximo. As, hay organismos psicrfi-los capaces de medrar en minsculos granos de polvo atrapados en elhielo, alrededor de los cuales una pequea parte del agua puede estar

en fase lquida. Algunos termfilos habitan las proximidades de


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chimeneas submarinas, zonas donde el calor del interior de la tierra yla alta presin debida a la profundidad mantienen el agua lquida porencima de los 100 C. Y, ya en superficie, otros muchos colorean

zonas de aguas termales, donde al lodo en ebullicin se unen gasestxicos para los humanos (como compuestos de azufre) que sinembargo resultan ser una fuente de energa para los organismos queall se desarrollan. Por su parte, los microorganismos halfilos soncapaces de soportar concentraciones elevadsimas de sales en elagua. En ocasiones resisten tambin condiciones de desecacin y, portanto, son organismos abundantes en desiertos como Death Valley enCalifornia o el de Atacama en Chile.

Quiz entre los ambientes ms sorprendentes donde la vidaflorece se hallen los ros cidos. Uno de sus ejemplos ms notables esel ro Tinto, en la provincia de Huelva (Espaa), que debe su nombreal color de sus aguas. El pH se mantiene entre valores 2 y 3 a lo largode todo el curso del ro. Como comparacin, baste decir que suacidez es semejante a la del vinagre (pH=3) o a la del zumo de limn(pH=2). Esta gran acidez posibilita adems que muchos metales

pesados (particularmente el hierro) se hallen disueltos en el agua. Apesar de la toxicidad que ello implica, el ro Tinto cobija una enormediversidad de organismos, fundamentalmente en el dominio Bacteria,pero tambin en Arquea y Eucaria. En el otro extremo de la escala depH descubrimos que la vida tambin se ha adaptado a lagosalcalinos, con pH en torno a 10, lo cual hace que sus aguas seancomparables a disoluciones jabonosas.

Ni siquiera altas dosis de radiacin, que sabemos puede ser unpotente mutgeno y por tanto letal para la mayor parte de losorganismos, representan un ambiente suficientemente adverso. Elparadigma de microorganismo resistente a radiacin es Deinococcusradiodurans, muy comn en ambientes orgnicos, pero capaz deresistir dosis de radiacin miles de veces superior a la letal para unser humano. Incluso el interior de las rocas resulta ser un nichodeseable para algunos organismos quimiolittrofos que obtienen la

energa necesaria de los mismos minerales.


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Actualmente hay diversos proyectos en curso que estn perfo-rando el subsuelo con objeto de establecer la presencia de micro-organismos a gran profundidad y determinar sus caractersticas.

Podemos ya aseverar que existe una biosfera clida y profunda, conuna biomasa total superior a la de todas las plantas y animales quepueblan la superficie terrestre.

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Otros mundos, otros hbitats

Las altas dosis de radiacin, una gravedad inferior a la terrestre ylas bajas temperaturas son las tres condiciones fsicas que mscaracterizan los hbitats que hallamos en otros planetas y satlites delsistema solar. Por el momento no tiene mucho sentido plantear lavida en planetas extrasolares, ya que si el conocimiento de nuestroSistema Solar es escaso, se convierte en nulo o casi nulo cuando nosreferimos a planetas que orbitan alrededor de otras estrellas.Concentrmonos pues en nuestros vecinos.

La radiacin ultravioleta es una fuente de estrs para losorganismos, dado que puede causar la descomposicin de las mol-culas orgnicas por ser altamente energtica e introducir mutacionesdifcilmente reparables en los genomas. El espacio exterior estsometido a fuertes dosis de radiacin, y esa es una de las dificultadesque entraa el transporte viable de organismos o molculascomplejas usando meteoritos como vehculo. Tambin la superficie

de muchos planetas, debido a la falta de una atmsfera suficiente-mente protectora, resulta letal si los organismos quedan directamenteexpuestos a la radiacin que alcanza la superficie. Actualmente laTierra cuenta con la proteccin de la capa de ozono, pero no siemprefue as. Se cree que los niveles de radiacin que alcanzan lasuperficie de Marte en la actualidad son comparables a los existentesen la Tierra durante el en Arcaico, en el periodo en que pensamosque se origin la vida.

Existen mltiples formas de protegerse contra el efecto nocivo de


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la radiacin. La redundancia natural de las molculas en la clula esuna de ellas; los sistemas de reparacin de algunos organismos(como Deinococcus) es otra. Ciertos ambientes proporcionan

proteccin fsica, como una columna de agua sobre los organismos,una capa de polvo o el abrigo de una roca. Aunque un exceso deradiacin puede ser letal para algunas especies, otras puedenconseguir sobrevivir gracias a su capacidad para adaptarse aambientes aislados fsicamente de la radiacin. Si pensamos enhbitats extraterrestres, sera ms factible hallar vida a unoscentmetros de profundidad en el suelo que directamente expuesta ensuperficie.

La presencia de un campo gravitatorio acta en muchas ocasionescomo referencia para orientar el crecimiento y el movimiento de losorganismos. En animales y plantas influye en la diferenciacin y enla fisiologa celular. Puesto que no es posible modificar la gravedaden la superficie de la Tierra para estudiar sus efectos en el desarrollode los organismos, la investigacin de los efectos de la micrograve-dad deben llevarse a cabo en misiones espaciales. Un incremento en

la gravedad se puede obtener en situaciones de aceleracin, porejemplo mediante centrifugacin. Otros experimentos sobre motili-dad y direccin de crecimiento pueden realizarse simplementerotando el sistema de estudio. No sabemos an mucho sobre losefectos de la microgravedad, si bien los resultados conocidos hasta elmomento indican que cambios incluso notables en la constantegravitatoria no son limitantes para el correcto desarrollo de micro-organismos. Se cree que la situacin puede ser distinta con lasplantas, debido a la influencia de la gravedad en la diferenciacin deraces y tallos, y a su correlacin con la direccin en que llega la luz.Finalmente, los mecanismos celulares mediante los que se percibe lagravedad y se traduce a cambios qumicos no son an bien conocidosy se sigue investigando en su origen y funcin.

Entre gravedad, radiacin y temperatura, este ltimo es el factorms limitante para el correcto funcionamiento de la clula. Las bajas

temperaturas son tpicas en el sistema solar. Con la excepcin de


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Mercurio y Venus, la superficie de todos los planetas y sus satlitesmantienen zonas con temperaturas bajo cero durante el ao completoo gran parte de l. Algunos son adems ricos en agua, con lo cual las

adaptaciones a bajas temperaturas que observamos en la Tierrapodran darnos indicaciones sobre las variantes metablicas yestructurales necesarias para que un organismo sobreviva endeterminadas regiones de otros planetas. Dos ejemplos cercanos y degran inters en la actualidad son Europa y Marte.

Europa, junto con Io, Ganmedes y Calixto, es uno de los cuatrosatlites de Jpiter que Galileo descubri. Sabemos que Europa esttotalmente cubierto de hielo de agua. Su superficie fragmentada yrugosa, donde los crteres de impacto son relativamente raros, revelaque Europa es un satlite dinmico. Se sospecha que bajo la heladasuperficie puede haber un ocano que cubra todo el planeta antes dellegar a su litosfera, primero, y a su ncleo metlico, despus. Es esecaso, si Europa fuera una inmensa esfera lquida y protegida por elhielo superficial, no podramos descartar que su ocano albergaravida. La superficie helada est hollada por enormes grietas de colores

rojizos y pardos que contrastan con el hielo azulado. Una de lasposibilidades que actualmente se debaten es si ese color delata enrealidad una composicin rica en compuestos de carbono presentesen ese hipottico ocano, los cuales llegaran a la superficieabrindose paso a travs de las grietas en el hielo. Por su relativacercana a la Tierra y por su tamao, Europa est ahora mismo en elpunto de mira de la investigacin espacial.

Marte ha fascinado al hombre desde hace siglos. Este planeta,semejante en muchos aspectos a la Tierra, nunca ha dejado desorprendernos. La topografa de Marte sugiere que hace miles demillones de aos, cuando parece que su atmsfera era ms densa y elclima ms clido, el planeta pudo estar parcialmente cubierto por ungran ocano en su hemisferio norte. Actualmente Marte tiene unaatmsfera tenue, compuesta en su mayor parte por dixido decarbono. Su morfologa es espectacular: con la mitad del radio de la

Tierra y menos de un tercio de su superficie, hallamos en Marte la


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montaa ms alta del sistema solar (Olympus Monts, de 28 km dealtura) y el can ms profundo y extenso (Valles Marineris, en unode cuyos brazos cabra holgadamente el Gran Can del Colorado).

La alternancia de las estaciones sume a cada uno de los hemisferiosen perodos de oscuridad que se prolongan por medio ao marciano,o un ao terrestre, aproximadamente. Cuando la luz del sol noalcanza la superficie, sta se halla usualmente cubierta por hielo deCO2, lo que significa que la temperatura en ese lugar es inferior a128~C. Sin embargo, con la llegada de la primavera en uno u otrohemisferio la temperatura aumenta, el dixido de carbono pasa a fasegas y una gran cantidad de hielo de agua en forma de permafrost

(similar al que encontramos en los suelos de Siberia o Alaska) quedaparcialmente expuesto en superficie. Los modelos detallados delclima marciano predicen que, en los perodos ms clidos del ao, latemperatura en algunos lugares supera los 0~C. Medidas directastomadas con el instrumento THEMIS (Thermal Emission ImagingSystem) a bordo de la nave Mars Odyssey revelan que, incluso alatitudes muy altas, la temperatura es suficientemente elevada comopara permitir la presencia de agua lquida por breves perodos.(Recordemos que, dada la baja presin atmosfrica de Marte, el agualquida es inestable y pasa a vapor de agua en unos das). En estascondiciones, no sera imposible que algunos organismos pudieransobrevivir en tales microclimas, alternando un estado de crecimientoy reproduccin durante los perodos de bonanza con un estadoaletargado, inactivo, el resto del ao.

Como Europa y Marte demuestran, es plausible que inclusoalgunos extremfilos terrestres pudieran sobrevivir en microambien-tes presentes hoy en da en cuerpos del Sistema Solar sin necesidad,incluso, de ulteriores adaptaciones. La vida es resistente, plstica eimparable: la simple supervivencia de una especie conlleva lageneracin de variantes que, poca duda cabe, seran capaces decolonizar ambientes aledaos. Solamente debemos darle tiempo. Loslmites a la adaptacin los pone nicamente nuestra incapacidad de

imaginar soluciones creativas, eso mismo que la evolucin ha hechode forma tan eficiente desde que la vida es vida.


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Eplogo

El siglo XIX nos dej como herencia cultural el descubrimiento

del tiempo profundo. Slo una vez adquirida la conciencia de que losprocesos geolgicos actuales son los mismos que han dado forma alpaisaje que observamos se pudo empezar a imaginar un mecanismoconstructivo semejante en la evolucin de la vida. El cambio deparadigma (de una biosfera inamovible a una evolucin creativa)inaugur un siglo XX en el que los avances en el conocimiento de lasbases genticas de la evolucin han permitido una clasificacin delos organismos actuales sin precedentes, y nos ha sorprendido con lasinesperadas semejanzas entre las especies aparentemente msdispares. La existencia de un ancestro comn a todos los seres vivoscelulares resulta un corolario irrebatible de estos avances.

Entramos en el siglo XXI con ms preguntas que respuestas.Respecto de los orgenes de la vida, nos queda por dilucidar la basede la autoorganizacin qumica, que suponemos anterior a cualquierforma de metabolismo, y el gran paso de molculas ms o menos

complejas a una, la primera, capaz de contener informacinconducente a su replicacin.

En un camino que imaginamos suave (al menos desde un punto devista lgico) desconocemos cmo seleccionar molculas quirales deforma eficiente, cul es el genoma mnimo necesario para manteneruna clula y, por supuesto, cmo los bloques qumicos esenciales, losque ya identific Miller en sus lcidos experimentos, construyen el

suntuoso edificio celular. Los problemas que plantea la adaptacin adistintos ambientes y los mecanismos moleculares implicados no sonmenores. A pesar de tener a nuestra disposicin refinadas tcnicasque nos proporcionan la secuencia del genoma de cualquier especieque nos interese, esa informacin no nos revela cmo se construyeun organismo, cules son los programas que posibilitan su desarrollo,ni qu habilidades posee para sobrevivir si su ambiente se torna

hostil. La forma en que se genera un ecosistema robusto y se producela coevolucin de las especies en el mismo es otra cuestin con


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muchos aspectos por dilucidar.

Sin un conocimiento profundo de la plasticidad inherente a ungenoma poco podemos decir sobre los lmites de la adaptacin y, por

ende, sobre los lmites que el ambiente impone a la propagacin de lavida. Imaginar la existencia de formas de vida alternativas a la queconocemos, simplemente con distinta quiralidad o con una bioqu-mica diferente, representa un reto formidable. Poco a poco estamossuperando las dificultades que entraa identificar organismosadaptados a ambientes extremos y las formas en que sus metabolis-mos lo hacen posible. Pero an queda por averiguar si, una vezlleguemos a otros mundos, enfrentados no ya a lo desconocido, sinoa lo no imaginado, seremos capaces de reconocer la vida en el caso(probable?) de que no comparta rbol genealgico con nosotros.

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Esquema 1.

Algunos ambientes extremos y organismos adaptados a ellos. Laletra entre parntesis tras el nombre del organismo ejemplo

especifica si pertenece al dominio arquea (A), bacteria (B) o eucaria(E).

1 Este valor corresponde al llamado coeficiente de disponibilidadde agua. El agua pura tiene un coeficiente 1, mientras que loscereales de desayuno (secos y con gran propensin a hidratarse)tienen un coeficiente alrededor de 0,7.

Xeromyces (un hongo) sobrevive en una disolucin con un 65 %


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de glicerol.

2 El Gray es la unidad de radiacin. Un Gray Corresponde a un

Joule de energa radiativa por kilogramo de masa. Una dosis de 5-10Gy es letal para un ser humano.


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Agradecimientos

Este texto ha mejorado gracias a las sugerencias y comentarios de mis amigos y

colaboradores Jacobo Aguirre, Carlos Briones, David Fernndez-Remolar, EsterLzaro, Chema Ruiz y Michael Stich.

Referencias

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Documents

En Busca de los Origenes de la Vida - Manrubia.pdf