Desmontando la vida

Astrobiology Magazine (AM): La Universidad de Harvard financia un nuevo estudio, “Iniciativa Los orígenes de la Vida en el Universo”. Noticias recientes implican que esto podría significar la entrada de Harvard en el debate diseño inteligente versus evolución. #3# Dimitar Sasselov (DS): Esa es la interpretación que le da el Boston Globe, pero nosotros no lo describiríamos en términos de ese debate. Tratamos de entender las rutas que llevan desde la cosmoquímica, o química en un sentido completamente inorgánico, hasta el punto en que aparece la biología a nivel molecular. Queremos averiguar qué hace que ciertas moléculas funcionen en sentido biológico. Estas grandes macromoléculas son capaces de alguna forma de autorreplicarse y mejorarse según lo hacen de acuerdo a las reglas de la evolución darwiniana. Una vez entendamos bien el proceso, quizás estemos ante un posible camino a la vida y la biología. Así pues, solo estamos tratando de ampliar nuestros estudios a los orígenes de la vida en el Universo. El “es” de orígenes es muy importante. No es el origen de la vida, sino posibles caminos hasta ella. Y “en el Universo” es importante también. No simplemente en la Tierra, si no en general, en cualquier planeta, bajo cualquiera de las condiciones que existen en el universo observable. Estamos mirando más allá de nuestro sistema solar para comprender las posibles condiciones de partida. Ni la Tierra, ni siquiera el Sistema Solar son lo bastante generales para nosotros. La Tierra es maravillosa para estudiar la vida compleja, porque la diversidad de la vida aquí ayuda a entender la evolución – como empezamos con microbios muy simples y acabamos con algo como nosotros. Pero la Tierra es solo uno de los posibles caminos de la emergencia de biomoléculas a partir de la química. ¿Hay múltiples rutas? ¿Convergen todas las rutas químicas en una, dos o tres posibilidades para producir la vida? #4# Otra razón para buscar el origen de la vida en el Universo, más que en la Tierra, son las próximas misiones de la NASA tipo Kepler o posibles misiones futuras como el Terrestrial Planet Finder. Me preocupa mucho que, cuando finalmente tengamos espectros de otros planetas, no sepamos lo suficiente acerca de la actividad biológica en general para ser capaces de decir que es y que no es una biosignatura. Cuando hablamos de diseñar tales telescopios ahora, tenemos que hacerlo con algunas biosignaturas en mente, basadas en la vida en la Tierra: oxígeno, ozono, agua. ¿Cubrimos así todas las posibilidades? Quiero nuestros experimentos que nos aseguren que lo que estamos haciendo al desarrollar estas misiones no es una locura. Ya estamos trabajando en un proyecto donde compilamos posibles condiciones de partida de planetas extrapolares. Una parte principal de esto vendrá de lo que sabemos sobre la Tierra, y otra gran parte de lo que sabemos sobre Marte. Pero probablemente un 50% de esa recopilación serán condiciones iniciales que son posibles en planetas que no existen en nuestro sistema solar, pero podrían existir en otros sistemas planetarios. AM: ¿Así que están creando un modelo informático con todas las condiciones químicas, para ver si pueden convertir la química en biología? ¿Hacen esto para un modelo terrestre, un modelo marciano y modelos hipotéticos al mismo tiempo? DS: Es más que simples modelos. Es una combinación de muchas cosas, incluyendo dichos modelos y experimentos de laboratorio. AM: ¿Cómo los de Miller y Urey? DS: Si, pero ese es solo un aspecto de recopilación de condiciones de partida para ver qué clases de moléculas podrían haber existido, y en que concentraciones. Por ejemplo, decimos que queremos saber si una molécula muy similar a un aminoácido - metileno – podría ser prevalente en diferentes tipos de planetas terrestres, o en las lunas de Júpiter, o en Titán, o en el mismo Júpiter. Sabemos que existe en las nubes interestelares, la hemos detectado. #5# Así que vamos a nuestros científicos planetarios y preguntamos: ¿Cómo podemos estimar las reservas de esta molécula? ¿Si está allí, durante cuanto tiempo? Entonces le preguntamos a nuestros cosmoquímicos: ¿Los meteoritos y las muestras lunares contienen esta molécula? De hacerlo, ¿de que tamaño es la reserva? A continuación preguntamos a los astrónomos: Para planetas como Venus, Marte, la Tierra y supertierras mayores que no aparecen en nuestro sistema solar, ¿qué nos dicen los modelos acerca de las condiciones de superficie? ¿Sobreviviría esta molécula en alguno de ellos, en cuanta cantidad y por cuanto tiempo? Así que juntamos todo esto, y eso constituye una sola entrada en la tabla de recopilación compuesta por todas las moléculas en las que estamos interesados. AM: ¿Cuántas posibilidades se van a testar de esta forma? ¿Sabe cuán larga será la lista? DS: No vamos a probar ciegamente todas las combinaciones posibles. Tenemos intuiciones sobre lo que podría y no podría funcionar, desde el punto de vista de la ruta química. Se han hecho muchos trabajos sobre cuáles son los proporciones químicas que corresponden a ciertos procesos vitales diferentes de la vida microbiana de la Tierra. AM: Tras todos los experimentos de laboratorio que han ensayado las condiciones hipotéticas de la Tierra primitiva, y han fallado al producir “vida”, ¿creen que nos falta algún ingrediente imprescindible y tratan de averiguar cuál puede ser? DS: No es que hayamos probado todas las permutaciones posibles y ninguna haya funcionado. Es más como si tuvieran nuevas ideas para más experimentos, pero el conjunto fuera demasiado limitado. Algunas de estas nuevas ideas vienen de lo que hemos aprendido del otro lado de la historia, lo que mis colegas químicos llaman el lado del desmontaje. Es decir, tratar de entender como funcionan las moléculas de sistemas simples como los virus y las bacterias. #6# No encuentras moléculas como las ribozimas en el espacio abierto. Sólo las encuentras en organismos vivos. Así que, ¿cómo hicieron para funcionar? Obviamente hubo un montón de mejoras con tiempo, pero son moléculas. Puedes descomponerlas en átomos individuales. Existe la esperanza de que, según desmontas la molécula en piezas cada vez más pequeñas pero que mantengan su funcionalidad, eventualmente llegaremos a entender qué las hace funcionar. Esta investigación ha sido llevada a cabo durante más de diez años. La gente que trabaja en desmontaje, como Jack Szostak y Gerald Joyce, están explorando nuevas vías. Son capaces de manipular moléculas individuales a un nivel imposible hace diez años, y así los químicos tienen más información acerca de lo que ocurre. AM: ¿Tiene esto que ver con el mundo de ARN? DS: El mundo de ARN es una idea basada en el hecho de que los ribozimas pueden autocalizar su propia replicación. Gente como Walter Gilbert dijo: “Quizás sea así como se originó la vida en la Tierra”. Pero hay otras posibilidades más allá del mundo de ARN, así que preferiría no describirla en esos términos. Tiene más que ver con la idea de averiguar como esta molécula particular que en la Tierra resulta ser ARN, consigue hacer lo que hace. Si comprendemos que hay en el núcleo de esta función, podríamos imaginar con cierto grado de certeza una molécula completamente diferente que fuera capaz de realizar ese mismo trabajo. Entonces podríamos imaginar un tipo de vida completamente diferente de vida. Pero en este punto todo eso es ciencia-ficción. AM: Digamos que descomponen la vida hasta su esencia más básica y se parece sorprendentemente a un virus. Bien, muchas personas dirían que un virus no está vivo, incluso aunque es capaz de replicarse, porque no puede vivir sin un hospedador. Así que, ¿buscan sólo química autorreplicativa o necesitan ir más allá en términos de complejidad? ¿Cuando creen que llegaran al momento “Eureka”? #7# DS: Esa sería una buena pregunta para hacerle a cada uno de los miembros del equipo, porque estoy seguro de que cada uno daría una respuesta diferente. Para mí, la gran pregunta es: ¿Cómo puede una molécula tener el mismo tipo y número de átomos y ser similar al ARN sin hacer absolutamente nada biológico? Pon un poco de ella en una solución y se limitará a quedarse allí sentada y eventualmente se descompondrá. Pero si pones una simple cadena de ribozima en una solución, 20 minutos más tarde todo el recipiente estará repleto de copias de la molécula. Y no sólo eso, la has dejado al sol, así que cada copia es levemente diferente – han evolucionado para degradarse menos bajo la luz solar que la molécula original. Así que ¿cuál es la diferencia entre ambas moléculas? De la manera que yo lo veo, descubrir la diferencia es algo que se logrará en el laboratorio. Le pregunté una vez a Gerald Joyce porque pasaba tanto tiempo en el laboratorio pudiendo generar las moléculas en el ordenador, átomo por átomo, y entonces ejecutar un programa para ver las diferentes posibilidades. Me convenció de que no hay una computadora en la Tierra lo bastante grande para hacer tal cosa. Las reacciones moleculares producidas en un segundo en el laboratorio son un millón de veces más rápidas de lo que podría simular una computadora. No existirá ninguna capaz de hacerlo en por lo meno 50 años. #8# AM: Existen muchas hipótesis sobre el lugar de origen de la vida en la Tierra: chimeneas hidrotermales, charcas costeras iluminadas por el sol, etc. ¿Se dirige su estudio a estas cuestiones también? DS: Ese es el segundo paso. Una vez entendamos cómo las moléculas simples se convierten en polímeros y como éstos se convierten en algo como las ribozimas y hacen las cosas que el ARN puede hacer, entonces habremos alcanzado nuestro objetivo como equipo. AM: Osea que primero tratan de averiguar como la química se convierte en biología, y después de eso empezarán a pensar en la clase de ambientes donde esto puede ocurrir. DS: Si, exactamente. Hay muchos ambientes disponibles para que surja la vida, pero ese no es el objeto de nuestra investigación. Otra gente está trabajando en eso, realizando experimentos o yendo a diferentes lugares del planeta. Ese ha sido casi el centro del trabajo en extremófilos durante los últimos años. Pero nosotros estamos muy interesados en esa investigación, porque es de donde extraemos algunas de nuestras condiciones iniciales.