Re: Abiogénesis
Publicación del mes: abril de 1998
por Ian Musgrave

¡Hola a todos!

<...>

El 1 de abril de 1998 a las 00:12:13 -0500, "RD Heilman" <rdhsr@bellsouth.net> escribió:

>colinpeters@geocities.com escribió en el mensaje
><6ffdl6$25r$1@nnrp1.dejanews.com>...
>>En el artículo <aTnS.2389$563.2496766@news4.atl.bellsouth.net>,
>> "RD Heilman" <rdhsr@bellsouth.net> escribió:

<snip intro re: "línea compartida" para centrarse en los siguientes problemas>

>>Si hay algo que se asemeje a una línea oficial sobre la abiogénesis, es que la abiogénesis probablemente ocurrió espontáneamente. En cuanto a exactamente cómo podría haber ocurrido, no hay ningún acuerdo (aunque la hipótesis del mundo de ARN parece estar ganando).
>
>Sí, pero esto sigue estando muy lejos de un organismo vivo. A menos que llamemos al mundo de ARN, donde las moléculas de ARN son capaces de replicarse a sí mismas, sirviendo como su propia enzima, «vivo». No estoy sugiriendo que nadie lo haga. Pero ¿a dónde nos deja esto?

En la primera etapa del desarrollo de los organismos que reconoceríamos como vivos. Desde ribozimas autorreplicantes, podrías avanzar a ribozimas en liposomas, a ribozimas unidas a membranas con co-catalizadores de aminoácidos, hasta ribozimas que codifican proteínas [1]. Paso a paso avanzas hacia algo que reconoceríamos como un organismo (pero, por supuesto, no uno moderno).

>Lo que he leído indica que replicar moléculas es bastante
>fácil de hacer en un laboratorio moderno. Por ejemplo:
>
>Sol Spiegelman en los años 60 experimentó con un suministro de virus que
>colocó en un tubo de ensayo, enriqueció un suministro de la enzima
>replicasa que el virus necesitaba para replicar su ARN y un suministro
>abundante de nucleótidos libres. Después de mezclar estos y establecer un
>flujo de materiales hacia el sistema, esperó a ver qué ocurría. Al
>principio, el ARN se copiaba a sí mismo bastante fielmente. Sin embargo,
>las mutaciones comenzaron rápidamente a cortar las hebras de ARN a la
>mitad. Estas hebras se hicieron cada vez más cortas hasta que, después de
>aproximadamente 70 generaciones, las longitudes del ARN se estabilizaron
>en la longitud más corta posible capaz de replicarse a sí misma. Esta
>hebra contenía aproximadamente 220 nucleótidos, poco más que el sitio de
>reconocimiento para la enzima replicasa. Esta molécula, etiquetada como
>el Monstruo de Spiegelman, fue capaz de reproducirse a sí misma a una
>velocidad fantástica en este entorno de tubo de ensayo protegido.
>Pero no podía sobrevivir en el mundo no protegido, para no hablar de su
>supervivencia en el océano primitivo.

¿Por qué no sobreviviría en un mundo prebiótico, donde no hay competidores? [2]

>Manfred Eigen llevó el experimento un paso más allá y comenzó su
>experimento sin el virus semilla y con esencialmente los mismos
>resultados.
>Esto dio apoyo a la hipótesis del gen desnudo, que propuso
>que el primer ARN consistente en unos cien nucleótidos tuviera
>únicamente un propósito: replicarse a sí mismos. Pero ¿cuáles son las
>probabilidades de que tal molcula autoensambladora ocurriera en los
>mares primitivos, sin mencionar sobrevivir.

En realidad, bastante bueno. Existen 1.6 x 10^60 secuencias posibles de 100 nucleótidos. En un océano primigenio de 10^24 litros con una concentración de nucleótidos de 10^-6M (razonablemente diluida), ensamblar secuencias de 100 nucleótidos sobre arcilla al estilo de Ferris [3] y asumir que se tarda una semana en crear una secuencia completa, entonces podrías haber producido aproximadamente 1 x 10^50 secuencias en un año. Como se ha estimado que una de cada 1 x 10^17 secuencias de ARN aleatorias es una ligasa de alta eficiencia [4], las probabilidades de obtener al menos una polimerasa autorreplicante (o pequeño ensamblaje autorreplicante) son bastante altas.

La supervivencia debería ser bastante buena, los polinucleótidos son bastante estables (del orden de miles de años), y no hay competidores que se los coman, por lo que un ribozima replicante debería llegar a dominar cualquier lago u océano en el que se encuentre. Con competencia por los recursos, las variantes del ribozima original llegarán a dominar en ciertos entornos.

>Un segundo problema es el problema del enlace gen-proteína.
>
>El químico ganador del premio Nobel, Walter Gilbert, se basó en el trabajo
>anterior así como en las contribuciones de Orgel y otros. Orgel logró
>que el ARN formara nuevas moléculas en unidades de nucleótidos ricas en
>energía, y luego formara nuevas cadenas de ARN que coincidieran con las
>existentes. Estas automáticamente formarían la configuración de doble hélice.
>Gilbert propuso un escenario para el surgimiento de la vida. Comenzando con
>la capacidad autocatalítica necesaria para ensamblarse a partir del sopa.
>Seguido por recombinación y mutación para explorar nuevas funciones. Luego
>las moléculas de ARN formaron proteínas. Las enzimas proteicas están
>codificadas por ARN. Finalmente aparece el ADN, proporcionando un almacén
>estable y corrector de errores de información. Las funciones principales del
>ARN fueron entonces asumidas por sus creaciones, las proteínas y el ADN.
>
>El problema con este escenario es el mismo que con los demás: lograr el
>primer paso: obtener el ARN autorreplicante, que experimentalmente proviene
>solo del ARN moderno actual. Por lo tanto, la pregunta es, ¿hasta qué punto
>hemos avanzado desde el requisito para la primera vida?

El ARN (o imitaciones del ARN [5]) puede generarse de forma abiótica, y el ARN (o imitaciones del ARN) puede polimerizarse sobre sustratos de arcilla. Bajo condiciones abióticas plausibles, prácticamente todas las posibles secuencias de 100 nucleótidos podrían producirse en menos de mil millones de años. Hemos recorrido un largo camino.

<gran recorte sobre definiciones de abiogénesis>

>>El problema es que cuando dijiste
>>"entonces la evolución biológica no tendría fundamento,
>>ya que la evolución biológica procede únicamente a través de
>>procesos naturales. Y por lo tanto, parece una extensión lógica
>>que la vida también debe haber originado de la misma manera",
>>pareces estar diciendo que si la abiogénesis no puede demostrarse
>>como posible, entonces la evolución biológica también debe ser
>>imposible
>>
>Puedo aceptar tu afirmación de que la abiogénesis es distinta de
>la evolución biológica; sin embargo, es una cadena continua e
>ininterrumpida, que comienza con o antes de la aparición del
>ARN autorreplicante que mutó, se recombinó y progresó hasta la
>etapa donde comenzó a sintetizar proteínas, enzimas y ADN. Este
>proceso continuó mutando, siendo el precursor pre-natural más
>eficiente para la vida el que se replicaba y dejaba la mayor
>cantidad de descendencia, de ahí nace la selección natural (?).
>Este proceso continúa replicándose y mutando hasta que aparece
>la primera entidad biológica viva. Estas primeras entidades
>continúan replicándose, mutando y volviéndose cada vez más
>complejas. Aparecen las primeras bacterias, algas verde-azules,
>etc., y estas o algún pariente de células procariotas entran en
>una relación simbiótica, de ahí nacen las primeras células
>eucariotas primitivas. Mucho antes de este punto, es decir, la
>aparición de células eucariotas, la *evolución* ya estaba bien
>en marcha. Pero llamar al proceso desde la primera molécula de
>ARN hasta la primera entidad viva no es evolución. ¿Qué tan
>arbitrario es el corte en este proceso continuo donde termina
>la no-evolución y comienza la evolución?

La evolución comienza cuando tienes replicación, herencia (puedes tener replicación sin herencia en algunos sistemas de hiperbucle) y selección de copias variantes. Por lo tanto, podrías estar justificado en aplicar esto al primer ribozima de ARN autorreplicante. Sin embargo, los eventos que precedieron al primer ribozima de ARN autorreplicante (síntesis de nucleótidos prebióticos, polímeros de ARN ensamblados en arcilla, hiperbucles no autorreplicantes) no son evolución.

Sí, es difícil decidir cuál es la línea divisoria, incluso hoy en día; es difícil trazar la línea entre lo vivo y lo no vivo (¿está un virus vivo? puede replicarse y evolucionar, ¿un prión?). Esto por sí mismo sugiere que la vida es un proceso natural en lugar de un decreto divino o una construcción deliberada.

>>cuando no, de hecho, funcionan de la misma manera en absoluto, salvo en la medida en que
>>ambos se consideran procesos naturales. La evolución biológica
>>ha demostrado funcionar, satisfaciendo a la gran mayoría de los científicos. La abiogénesis no lo ha hecho, pero como son
>>temas separados, esto no hace que nadie dude de la veracidad de
>>la evolución biológica.
>>
>¿Es esta una pregunta justa: ¿son la abiogénesis y la evolución distintas porque
>la abiogénesis tiene un apoyo deficiente, por lo tanto, no puede aportar ningún apoyo
>a la evolución? Pero entonces tampoco puede poner en cuestión la veracidad
>de la evolución. Entonces, ¿cómo podemos saber si esto es o no una estrategia de protección?

La abiogénesis y la evolución son distintas porque involucran procesos naturales distintos.

<snip more stuff>

>>El experimento de Pasteur ha demostrado que el agua en un tubo de ensayo estéril no dará lugar a la abiogénesis en un siglo o dos (creo que el tubo de ensayo sigue en exhibición en París). Eso apenas demuestra que la vida no pueda surgir de materia no viva en un planeta entero lleno de reacciones químicas complejas a lo largo de miles o millones de años.
>
>Una vez más, la prueba está en el postre. Y hay poca evidencia en contrario. Pasteur también experimentó con caldo que había sido esterilizado (hirviendo). Luego, utilizando un matraz con un cuello curvo, con el fin de mantener fuera los microbios, ¿fue capaz de demostrar sus hipótesis? Dado que los microbios no alcanzaron el caldo estéril, los organismos vivos no pudieron o no aparecieron. Así, probando su hipótesis de que la vida proviene solo de la vida preexistente.

Nuevamente, nadie espera una transición del tipo "ácidos amino a cianobacterias" que esto implica. Además, un litro o poco más de caldo reposando tranquilamente en un recipiente de vidrio durante ciento cincuenta años no tiene nada que ver con la Tierra primitiva, donde miles de millones de litros de químicos reactivos en los antiguos mares son removidos por las olas y mezclados en playas de arcilla y arena catalíticas, e incluso en esta situación podríamos esperar que pasen milenios antes de ver algo que pueda definirse como vida (Véase las referencias de Lacano en [5]).

>Una cosa es cierta: al trasladar el origen de la vida a un tiempo y lugar inaccesibles, los investigadores nunca podrán falsar la teoría del origen de la vida, independientemente de la teoría que los científicos puedan proponer. En consecuencia, pueden experimentar hasta que sus corazones estén contentos con los resultados que obtengan, sean grandes o pequeños. No hay cinismo, solo una declaración de hecho (según mi opinión).

Esto no es cierto. El origen de la vida se sitúa donde está por la evidencia. A medida que se acumula más evidencia, pueden eliminarse varios escenarios (como algunos han hecho), y pueden diseñarse nuevos tipos de pruebas. No hace mucho tiempo no teníamos forma de detectar bacterias fósiles, ahora sí. Con más investigación, sin duda podremos pensar en nuevas formas de acceder a esos pasados.

¡Saludos! Ian

[1] Aquí presento solo un posible escenario; otros incluyen "hiperciclos de proteínas primero, luego ARN/ADN" y "co-desarrollo de proteínas/ARN".

[2] Estoy consciente de que este ejemplo requiere una polimerasa preexistente y que, además del ARN, también tendría que haber una polimerasa alrededor. Sin embargo, en el mundo prebiótico, esta polimerasa no tendría que ser nada similar a las polimerasas modernas; incluso la arcilla podría funcionar bien, y por lo tanto la disponibilidad de polimerasas no es tan limitante como en un ejemplo moderno.

[3] Ferris JP, Hill AR Jr, Liu R, y Orgel LE. (2 de mayo de 1996). Síntesis de oligómeros prebióticos largos en superficies minerales [ver comentarios] Nature, 381, 59-61.

[4] Ekland EH, Szostak JW, y Bartel DP. (21 de julio de 1995). Ligasas de ARN estructuralmente complejas y altamente activas derivadas de secuencias de ARN aleatorias. Science, 269, 364-70.

[5] Véase:

Miller SL. (marzo de 1997). Ácidos nucleicos peptídicos y química prebiótica Nat Struct Biol, 4, 167-9.

Hager AJ, y Szostak JW. (agosto de 1997). Aislamiento de ribozimas novedosas que unen sustratos de ARN activados por AMP Chem Biol, 4, 607-17.

James KD, y Ellington AD. (agosto de 1997). Sorprendente fidelidad de la unión química dirigida por plantilla de oligonucleótidos [Cita en proceso] Chem Biol, 4, 595-605.

Schwartz AW. (agosto de 1997). Especulación sobre el problema del precursor del ARN J Theor Biol, 187, 523-7.

Bolli M, Micura R, y Eschenmoser A. (abril de 1997). Piranosil-ARN: autoensamblaje quiroselectivo de secuencias de bases mediante oligomerización ligativa de tetranucleótidos-2',3'-ciclofosfatos (con un comentario sobre el origen de la homociralidad biomolecular). Chem Biol, 4, 309-20.

Bohler C, Nielsen PE, y Orgel LE. (17 de agosto de 1995). Cambio de plantilla entre oligonucleótidos de PNA y ARN Nature, 376, 578-81.

Lazcano A, y Miller SL. (14 de junio de 1996). El origen y la evolución temprana de la vida: química prebiótica, el mundo pre-ARN y el tiempo. Cell, 85, 793-8.

Ertem G, y Ferris JP. (18 de enero de 1996). Síntesis de oligómeros de ARN en plantillas heterogéneas. Nature, 379, 238-40.

Ishizaka M, Ohshima Y, y Tani T. (14 de septiembre de 1995). Aislamiento de ribozimas activas de un pool de ARN de secuencias aleatorias utilizando un sustrato de ARN anclado. Biochem Biophys Res Commun, 214, 403-9.

Peta, Ian y Jack Francis

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Fans de Terry Pratchet, plantadores de árboles y científicos de vez en cuando (¡De Chelonian Mobile!)

Publicado por primera el 2 de abril de 1998