Opinión: ¿Qué es la vida?
Modelos de virusFLICKR, RAZZA MATHADSA
La definición de vida es un problema tan enorme como el fenómeno de la vida misma. Uno podría recopilar fácilmente de la literatura más de 100 definiciones diferentes, ninguna lo suficientemente satisfactoria como para ser ampliamente aceptada. ¿Qué debe contener la definición para que sea adecuada para todas las variedades de vida observable? Humanos, animales, plantas, microorganismos. ¿Los virus también pertenecen a la vida?
Hay dos tendencias en los intentos de definir la vida. Una es formular una definición que lo incluya todo, acomodando los atributos y manifestaciones de la vida desde todos los niveles de complejidad.1 Otra tendencia es reducir los atributos a solo aquellos que son comunes a todas las formas de vida.2 Pero no lo hacemos. saber cuál sería el “simplissimus” de donde todo, probablemente, comenzó. Darwin especuló hace 140 años,3 sin saber aún acerca de los ácidos nucleicos: “…podríamos concebir en algún pequeño estanque cálido, con todo tipo de amoníaco…
Los virus son simples, a menudo contienen solo proteínas cubierta y una o unas pocas moléculas de ácidos nucleicos. Pero esto es sólo una pequeña parte de su descripción. Para la reproducción requieren toda la complejidad de los organismos superiores en los que residen. Pero la individualidad del virus está codificada en su genoma. Los virus no invaden ningún organismo arbitrario, sino que se dirigen a especies huésped específicas, dictadas por los propios genes del virus.
Aún así, el virus es una buena pista en la búsqueda del simplissimus. Esto fue apreciado por primera vez por Sol Spiegelman a finales de los años 60, quien observó el proceso de autorreproducción del ARN viral al imitar las condiciones intracelulares en un tubo. replicasa de ARN de proteína natural, codificada en el ARN viral y producida por las células huésped. El sistema no solo copió el ARN sin cesar, sino que también mostró la capacidad de mutar, de cambiar la secuencia del ARN en cualquier grado de diferencia con el ARN viral original.
Otro sistema extremadamente simple que se encuentra en la naturaleza son los viroides, los agentes de enfermedades de plantas más primitivos, que consisten solo en ARN. Invaden una planta y la obligan a producir el ARN del viroide. Este ARN no codifica ninguna proteína, sino que sirve simplemente para dirigir la expresión de proteínas y procesos celulares relevantes del huésped. Es decir, el viroide, si se considera un organismo vivo con un ciclo de vida no tradicional, es solo un ARN, con la secuencia que ordena su propia propagación (a través del huésped), todos los ingredientes y dispositivos de copia proporcionados por las células huésped.
Sin embargo, estos dos ejemplos no son los más simples, ya que requieren enzimas proporcionadas por organismos más sofisticados. Pero, ¿no podríamos sintetizar artificialmente la replicasa o una versión simplificada? ¿Qué pasa con la eliminación de la replicasa y confiar solo en el ARN? Después de todo, el ARN es una ribozima con muchas propiedades catalíticas típicas de las enzimas proteicas. Si alguna versión primitiva de ARN (o tal vez incluso ADN) es capaz de autorreplicarse, y las respectivas unidades de monómero requeridas para la síntesis podrían producirse de manera abiótica o artificial en alguna configuración razonable que imite las condiciones primordiales, los análogos de nucleótidos a la síntesis abiótica de aminoácidos naturales observado por Stanley Miller en su sistema modelo de la atmósfera de la Tierra primitiva, por ejemplo, el propio ARN se convertiría, probablemente, en la entidad viviente más simple.
Ya sea que detengamos el esfuerzo reduccionista aquí, en la replicación del ARN, o que continuemos aún más hasta la variedad de síntesis abióticas, depende de lo que definamos como vida. La frontera entre la vida y la no vida puede, en realidad, ubicarse en cualquier lugar dentro del ámbito de los procesos abióticos. Oligonucleótidos, oligopéptidos, nucleobases, aminoácidos, azúcares, todos podrían considerarse formas de vida muy primitivas y simplistas, si la definición se extiende (y simplifica) a los mismos elementos. Antes de 1828, cuando las sustancias orgánicas sólo podían encontrarse dentro de la materia viva, reinaba la idea popular de una fuerza vital. En aquellos días, uno podía trazar la frontera entre vida y no vida a la primera aparición de las pequeñas moléculas de fuerza vital (es decir, orgánicas). La síntesis abiótica de la urea por Friedrich Whler en 1828 destronó esta creencia común.
El hipotético proceso de replicación del ARN primitivo tiene un grado de sofisticación que lo separa de la mera química: se copia a sí mismo y permite copiar errores, que en sí mismos son copiado en las generaciones futuras. En otras palabras, este es el proceso de autorreproducción con variaciones (como en el sistema de Spiegelman), no solo síntesis orgánica. Esta es la definición misma de vida sugerida por la teoría en desarrollo de la evolución molecular temprana.6,7 La misma fórmula se deriva del análisis de recuento de palabras, que arroja las palabras más utilizadas, de más de 100 definiciones conocidas de vida (2). El reciente descubrimiento de que tanto los genes como los genomas parecen haber surgido originalmente como simples repeticiones en tándem, con mutaciones posteriores que aumentan su complejidad8,9, hace que esta definición sea aún más atractiva. Uno puede ver un genoma como un hábitat molecular para el surgimiento de una nueva vida en forma de repeticiones simples que se expanden y mutan. En ese sentido, y bajo la definición minimalista anterior, la vida nunca dejó de surgir, comenzando hace unos 4 mil millones de años con la replicación del ARN,6,7 y continuando hasta el día de hoy dentro de los genomas de cada organismo vivo.
Edward N. Trifonov es profesor en la Universidad de Haifa en Israel y en la Universidad de Masaryk en la República Checa. Se le puede contactar en mailto:trifonov@research.haifa.ac.il.
1. J. Gayon, C. Malaterre, M. Morange , F. Raulin-Cerceau y S. Tirard (eds. invitada). Número especial: Definiciones de vida. Origins Life Evol Biospheres, 40, 119-244, 2010.
2. EN Trifonov, Vocabulario de definiciones de vida sugiere una definición. Revista de Estructura Biomolecular & Dynamics, 29, 259-266, 2011.
3. C. Darwin, citado en M. Calvin (1969) Chemical evolution. Evolución molecular hacia el origen de los sistemas vivos en la tierra y en otros lugares. Clarendon, Oxford.
4. DL Kacian, S. Spiegelman, DR Mills, FR Kramer, Molécula replicante de ARN adecuada para un análisis detallado de la evolución y replicación extracelular. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., 69, 3038-3042, 1972.
5. SL Miller, Una producción de aminoácidos bajo posibles condiciones de la tierra primitiva. Science, 117, 528-529, 1953.
6. EN Trifonov, Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 22, 1-11, 2004.
7. EN Trifonov, Research in Microbiology, 160, 481-486, 2009.
8. Z. Koren, ES Trifonov, Papel de las eternas expansiones de tripletes en la evolución de proteínas. Journal of Molecular Evolution, 72, 232-239, 2011.
9. ZMFrenkel, EN Trifonov, Origen y evolución de genes y genomas. Papel crucial de las expansiones de tripletes. Enviado a Journal of Biomolecular Structure & Dynamics.
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