Angel "Java" Lopez en Blog

Publicado el 3 de Diciembre, 2010, 10:52

Ayer, 2 de Diciembre, la NASA anunció un descubrimiento importante sobre los fundamentos de la vida. Pueden leer el anuncio en:

NASA-Funded Research Discovers Life Built With Toxic Chemical

Traduzco algunas partes:

Una investigación en astrobiología, financiada por la NASA, ha cambiado el conocimiento fundamental acerca de la vida conocida en la Tierra.

Los investigadores, haciendo pruebas en el duro ambiente del lago Mono en California, han descubierto el primer microorganismo conocido en la Tierra capaz de prosperar y reproducirse utilizando el arsénico de sustancias químicas tóxicas. El microorganismo suplanta el fósforo por arsénico en los componentes de su célula.

Esa es la parte notable: por lo que se ha publicado, el microorganismo tiene varias de sus partes como otros organismos de su tipo, pero con el fósforo reemplazado por arsénico. El fósforo se halla presente en prácticamente todo elemento de una célula cualquiera. Por lo que se entiende de lo publicado, no es "una nueva forma de vida" en el sentido que tiene estructuras distintas completamente. No, al parecer, son las mismas estructuras que se encuentra en bacterias similares, pero con el arsénico ocupando el lugar del fósforo (no se aclara cuánto hay de ese reemplazo: 10%? 100%?).

"La definición de la vida se acaba de ampliar," dijo Ed Weiler, administrador asociado de la NASA para el Directorio de Misiones Científicas en la sede de la agencia en Washington. "Mientras buscamos señales de vida en el sistema solar, ahora tenemos que pensar de manera más amplia, más diversa y considerar la vida que no conocemos."

Esto implica buscar vida en lugares donde no se la esperaba. Igualmente, levanto la mano: si, como entiendo, el arsénico reemplazó al fósforo, entonces esto se dió LUEGO de la aparición de la vida como la conocemos. Por otro lado, esto muestra algo que sabemos desde hace algunas décadas (pueden leer a Jacques Monod, como estoy leyendo en estos días): la actividad de la célula depende de la forma de sus moléculas, tal vez más que de afinidades químicas; el proceso del ADN, por ejemplo, su replicación, depende del encastre de elementos con otros elementos vía moléculas con determinada forma, adaptada a justamente encastrar con los elementos que va encontrando, para construir una nueva cadena de ADN. También es notable la presencia de enzimas alostéricas: cambian su forma, al ligarse con otro elemento, llamado efector. La forma que cambian es lo que se llama estructura cuaternaria. Al cambiar la forma, alteran su funcionamiento como enzima. Este mecanismo parece estar muy difundido en el metabolismo celular. Recuerdo también la importancia de enzimas en la formación de proteínas desde aminoácidos: estos últimos son unidos por macromoléculas que los reconocen por formas y lugares especiales de esas enzimas. Lo que parece, entonces, es que el arsénico ha podido sustituir al fósforo sin alterar estos procesos fundamentales.

Sigo traduciendo (ayudado por Google Translate, esta vez):

Este hallazgo de una composición bioquímica alternativa va a alterar los libros de texto de biología y ampliar el alcance de la búsqueda de vida fuera de la Tierra. La investigación se publica en la edición de esta semana de Science Express.

El carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre son los seis elementos básicos de todas las formas de vida conocidas en la Tierra. El fósforo es parte de la estructura básica del ADN y ARN, las estructuras que transportan instrucciones genéticas para la vida, y se considera un elemento esencial para todas las células vivas.

El fósforo es un componente central de la molécula que transporta energía en todas las células (trifosfato de adenosina) y los fosfolípidos que forman todas las membranas celulares. El arsénico, que es químicamente similar al fósforo, es venenosa para la mayoría de la vida en la Tierra. El arsénico altera las vías metabólicas, porque químicamente se comporta de manera similar al fosfato.

Más adelante, está el párrafo que afirma dónde encontraron la sustitución de fósforo por arsénico:

La cuestión clave que los investigadores investigaron es que cuando el microorganismo se cultivó en arsénico, éste se incorporó en la maquinaria bioquímica vital de los organismos, como el ADN, las proteínas y las membranas celulares. Una variedad de técnicas sofisticadas de laboratorio se utilizó para determinar que el arsénico se incorporó [en esos lugares].

Este es el punto principal, crítico a revisar. Seguramente, vendrá revisión y comprobación de estos resultados. Imagino el proceso de esa sustitución: el lago Mono habrá sido nocivo para las primeras bacterias. El arsénico se incorporó a moléculas, en sustitución del fósforo. Eso, en organismos más complejos, implicaría la muerte. Algunas bacterias, pudieron sobrevivir con esa sustitución. Y fueron encontrando, en millones de generaciones, nuevas formas de aprovecharse de tanto arsénico del medio. La cepa de bacteria que siguió ese camino fue creciendo en proporción a las normales, que quizá ya habían desaparecido.

Si se encuentra evidencia firme de la sustitución, estamos ante un caso notable de evolución biológica, que abarca más que cambios (mutaciones, recombinaciones por sexo) en el ADN: cambios en los procesos que crean proteínas desde ese ADN y ARN. ¿Cómo habrá pasado en detalle? ¿Habrá aparecido primero ADN con arsénico? Y luego, ese ADN extraño, podía producir proteínas con fósforo o con arsénico, pero ante la escasez del primero, se produjo más proteínas con el segundo. Sería fascinante poder descubrir los pasos intermedios de todo esto.

Pruebas a hacer: tomar ADN/ARN con arsénico, y someterlo al proceso de replicación con proteínas normales. Y tomar ADN/ARN normal, y procesarlo su replicación y formación de proteínas, usando elementos con arsénico.

Este descubrimiento ha sido tomado de forma algo extrema por los medios: hablan de explicar la vida fuera de nuestro planeta. Es importante poner en el justo lugar a la noticia. La vida en otros planetas está por descubrirse, aunque mi postura es que hay vida extraterrestre, en cualquier lugar donde haya habido el ambiente adecuado para la formación de moléculas que formen un mecanismo de construcción de nuevos elementos, y en algún momento, la codificación de esa construcción en estructuras replicables como el ADN. En la inmensa cantidad de mundos ahí afuera, debe haber algunos que hayan tenido la oportunidad de desarrollo de vida.

Muchos de esos mecanismos vitales se basan en la forma de las moléculas (de ahí la importancia del estudio del plegamiento de las proteínas) y esas formas actúan sobtre otros elementos gracias a la existencia de algunos enlaces no covalentes (enlaces que no son tan fuertes como otros entre los átomos; los enlaces covalentes comparten electrones entre los átomos). Esto último es lo que permite que macromoléculas como las proteínas se una a otros elementos, como los aminoácidos, para ir agregándolos a una nueva macromolécula. Y esos pequeños pasos son los que, al final, constituyen el metabolismo celular (hay mucho para investigar, pero ésa es la "big picture"). Con el anuncio de ayer, ahora sabemos que para conseguir procesos similares podemos tener arsénico en lugar de fósforo. ¿Habrá otras sustituciones posibles?

Notemos que esas formas y mecanismos, necesitan de un ambiente con un rango de temperaturas que no impida ese tipo de enlaces no covalentes entre dos moléculas.

Y otra pregunta más: ¿habrá algo como vida, pero que no dependa de la forma y asociación de macromoléculas? ¿alguna otra forma, realmente distinta, de vida?

Nos leemos!

Angel "Java" Lopez
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Por ajlopez, en: Ciencia