2004-10-20

    Let's get started

    PaleoFreak y Gilgamesh se preguntan cómo es posible que aparezca un sistema autorreplicante como el actual, ya que el ADN por sí solo no es capaz de replicarse. Me encantan los problemas de huevos y gallinas ;-)

    Lo de que el ADN no es autorreplicante (ni las proteinas lo son) es un problema sí y sólo sí se considera lo uno o lo otro de manera independiente. El caso es que forman un sistema autorreplicante, significando esto que un elemento bajo la acción del otro genera el sistema entero y que ambos elementos se heredan. Porque nuestros gametos llevan nuestro DNA pero también nuestras enzimas...

    ¿Cómo es posible que evolucione un sistema autorreplicante a partir de la nada? Pues de manera gradual. En el puchero prebiótico decía que una vez generado el primer sistema autorreplicativo y autoorganizado, la teoría predice "fácilmente" como llegar a la situación actual. El sistema autorreplicante actual probablemente provenga de un sistema autorreplicante más sencillo (es decir, con menos elementos), que a su vez...

    Hay un límite, cierto, pero nada de complejidad irreductible. En mi opinión, la teoría que mejor explica la aparición del primer sistema autorreplicante la leí en un libro de Maynard Smith y Szathmary (o como se escriba, que voy de memorieta; Ocho grandes hitos de la evolución o algo así). Primero planteemonos la posibilidad de que una molécula sea capaz de autorreplicarse. Fácil, esto se ha conseguido en laboratorio. Pero para la réplica hay dos mecanismos, copiarte a tí mismo o copiar una copia de tí mismo. Esto segundo es interesante ya que ahora podemos planteearnos la posibilidad de que una molécula sea capaz de replicarse a sí misma y a otras. En este caso, su eficacia biológica se ve perjudicada por los "parásitos" que son replicados por ella, es decir, permite que aparezcan moléculas que se reproduzcan indirectamente. Este tipo de moléculas, los replicadores generosos, no tienen mucho éxito si en la población existen replicadores egoistas pero si no, se mantienen porque son esenciales. En este escenario la aparición de colaboración es altamente probable. Imaginad una molécula capaz de todo lo contrario, de degradar otras moléculas. Una asociación simbiótica replicador-degradador (por ejemplo, funsionando sus moléculas) podría aumentar la especificidad del replicador al tiempo que genera materias primas para la autorreplicación a costa de la degradación de otras (digestión?). Bueno, la película sigue con todo los detalles conocidos como mundo ARN. El punto clave es cómo aparecen en escena las proteínas, y es a lo que iba.

    Pensemos en el ARNt, ese encargado de llevar los aminoácidos al ribosoma: ¡una molécula de ARN unida a un aminoácido! La idea es sugerente. ¿Y si los ARN's utilizasen aminoácidos o pequeños péptidos como cofactores para llevar a cabo sus funciones catalíticas? Es posible. Así que podemos pensar en una sopa de oligonucleótidos unidos a distintos aminoácidos (llamemosles tRNA's). El siguiente paso es pensar en máquinas multimoleculares. Una molécula replicadora que funciona mejor si como cofactores tiene otras moléculas.. ¿un mRNA unido a varios tRNA (con sus respectivos aminoácidos)? Puede ser. Por supuesto, mejor cuanto más estable sea el sistema, así que la formación de enlaces peptídicos sería de ayuda (¡de hecho, el que en los ribosomas hace esos enlaces es el ARN ribosómico!) Vaya.

    El caso es que las proteínas (ribonucleoproteínas) ya han entrado en escena. En un mundo ARN es posible que el código genético evolucione por SN. Llegamos al sistema portador-información / ejecutor-información dual a partir de un sitema en el que una única molécula hacía ambas cosas. La complejidad irreductible se reduce a generar esa primera molécula replicadora, algo que por síntesis química aleatoria puede suceder (es cuestión de ponerse).

    Como dice Dawkins en "El relojero ciego", un problema grande se resuelve más fácil si se subdivide en problemas más pequeños; más fácil cuanto más pequeños sean. (Parece filosofía de autoayuda oriental; ¿evo-zen? jejejeje) Cierto, generamos una historieta larguísima, todo pura especulación, pero todo tremendamente razonable y plausible.

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Comentarios

1
De: El PaleoFreak Fecha: 2004-10-20 20:28

"Primero planteemonos la posibilidad de que una molécula sea capaz de autorreplicarse. Fácil, esto se ha conseguido en laboratorio."

¿Podrías dar algo más de información sobre esto?



2
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-20 20:58

http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns9999755
Por ejemplo.

No tengo referencias a mano, lo siento, hablo de lo que leo en libros y articulos de otros temas que lo mencionan, pero una búsqueda en Google por self replica RNA me da algunos resultados interesantes (como ese que te cito). Una búsqueda como dios manda requeriría demasiado tiempo... hay demasiada literatura con modelos teóricos (y mucha más basura, sobre too creata) como para que una simple búsqueda por palabras clave de resultados relevantes. Trataré de repasar los libros que tratan el tema (y que tengo aquí) a ver si con suerte dan referencias.



3
De: anonima Fecha: 2004-10-20 21:15

Esta vez, no he seguido bien todo lo que dices, pero creo que lo volvere a intentar otro dia con mas calma. En cualquier caso, estoy con Paleofreak, me encantaria que esta historia continuase :)



4
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-20 21:58

Básicamente la cosa consiste en dividir el problema (aparición de un sistema autorreplicante formado por ADN, proteínas y ARN intermediario; sin uno de los tres elementos el sistema no funciona) en pasos suficientemente pequeños como para que el paso de uno a otro sea no sólo lógico sino posible (lo que lo convierte en probable por la acción de la SN).

Behe y los creacionistas del diseño inteligente acuden a la "irreducible complejidad" del código genético como argumento en favor del diseño. En su visión, no es posible que el sistema actual evolucione "de la nada" sin ayuda externa. Como Dawkins argumenta muy bien, eso es falso si descompones el problema en un número suficiente de pequeños pasos. Por ejemplo, imaginemos pequeños "defectos" en los ojos actuales y pensemos si serían funcionales o no y si permitirían a alguien sobrevivir. Imaginemos una población con ese tipo de ojos en la que aparece una mutación que los mejora (es decir, un pequeño cambio los convierte en el "modelo" actual). El gradualismo permite entender cómo la complejidad puede generarse por mutación y selección natural a partir de elementos más sencillos.

En el caso de la evolución prebiótica se empieza directamente de lo más sencillo posible: una única molécula autorreplicante. Teóricamente es posible, hay evidencias sobre moléculas autocatalíticas; es cuestión de investigar. A partir de ahí, es cuestion de montar una película en la que cada fotograma sea sólo ligeramente diferente; los cambios tienen que ser resultado de cambios en la secuencia de las moléculas implicadas; si los cambios suponen diferencia en capacidad autorreplicativa, la selección natural los favorece (como dije, una vez que tienes algo que hace copias de si mismo, tienes evolución por SN).

De modo que el problema fundamental en la abiogénesis es conseguir esa primera molécula autorreplicante sin síntesis dirigida (es decir, reproduciendo el reactor químico prebiótico); despues se supone que como el razonamiento lógico es correcto, las conclusiones deben serlo. Es decir, no hace falta recorrer todo el camino, basta con reproducir cada escaloncito (o los más "difíciles").

Espero haber sido más claro. ;-)



5
De: El PaleoFreak Fecha: 2004-10-21 01:26

Biomaxi, en esa URL se habla de un resultado de hace tiempo, muy interesante, pero fíjate en lo que dicen:

Although the new work boosts the theory, it does not show RNA self-replication, says Bartel. The RNA catalyst is 189 bases long, and took all day to produce a 14-base chain, so it could not have replicated itself.

Pero tú decías que ya se había conseguido una molécula autorreplicadora en laboratorio (una afirmación extraordinaria) ¿Qué pasa aquí? Que tenemos muchas ganas y nos autoengañamos ;o)



6
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-21 08:42

Paleo, como te digo, no leo la literatura sobre el tema de primera mano, sino que me fío de lo que cierta gente dice. Teóricamente es posible ya que se han encontrado RNA's capaces de sintetizar RNA (y el del artículo que comentas es un buen ejemplo) con complementaridad de secuencia, así que en principio es cuestión de seguir buscando.

Por otro lado, es más difícil encontrar el RNA que se duplique a sí mismo que un RNA que simplemente duplique otros RNA's, así que igual restringir la cosa a artículos que citen moleculas que se usan a sí mismas como molde es pedir mucho. Por ejemplo:

"A self-replicating system was developed based on a ribozyme that catalyzes the assembly of additional copies of itself through an RNA-catalyzed RNA ligation reaction. The R3C ligase ribozyme was redesigned so that it would ligate two substrates to generate an exact copy of itself, which then would behave in a similar manner."
Paul, N., Joyce, G. F. (2002). Inaugural Article: A self-replicating ligase ribozyme. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99: 12733-12740

Creo que L. Orgel es el autor más reconocido en esto de abiogénesis, así que sería interesante conseguir el siguiente artículo, un review de este mismo año: Orgel, L. E. (2004). Prebiotic Chemistry and the Origin of the RNA World. Crit Rev Biochem Mol Biol 39: 99-123 (lamentablemente, no tengo acceso a la revista)

Una cita más:

"The class I ligase ribozyme catalyzes a Mg++-dependent RNA-ligation reaction that is chemically analogous to a single step of RNA polymerization. Indeed, this ribozyme constitutes the catalytic domain of an accurate and general RNA polymerase ribozyme. The ligation reaction is also very rapid in both single- and multiple-turnover contexts and thus is informative for the study of RNA catalysis as well as RNA self-replication."
BERGMAN, N. H., LAU, N. C., LEHNERT, V., WESTHOF, E., BARTEL, D. P. (2004). The three-dimensional architecture of the class I ligase ribozyme. RNA 10: 176-184

Estas referencias las he conseguido mirando qué artículos citan el artículo en Science que comenta NewScientist

Supongo que una búsqueda como diox manda sería más fructuosa, pero tengo que empezar la jornada laboral ;-)



7
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-21 09:01

Y si buscamos literatura sobre sistemas químicos autocatalíticos, ya no te cuento. De acuerdo que no todos son portadores de información, menos aún susceptibles a cambios manteniendo la funcionalidad (es decir, que permitan la evolución), pero aún así no deberíamos centrarnos en el RNA como panacea: es posible que el propio mundo RNA (en el que aún vivimos, aunque muy evolucionado) sea el resultado de la evolución de otro sistema autocatalítico.



8
De: El PaleoFreak Fecha: 2004-10-21 10:18

Gracias, BioMaxi, pero ya veo que simplemente no se ha creado en el laboratorio una molécula autorreplicante. Veo que hay estudios interesantes que avanzan en esa posibilidad, como el que citas sobre un sistema autorreplicante que requiere la presencia de tres moléculas de RNA concretas: un patrón y dos ligandos complementarios.
El día que se haga una molécula autorreplicante de verdad, o un sistema autorreplicante más satisfactorio, será tal bombazo científico que nos enteraremos todos, incluido yo ;o)



9
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-21 11:59

Paleo,
una molécula es autorreplicante si puede, en un ambiente químico dado, generar moléculas idénticas a ella químicamente. El sistema descrito en Paul et al es autocatalítico y muy sencillo. ¿Por qué pedimos que el primer sistema sea una única molécula que se replique usándose como molde? Piensa en esto: si se replica usandose como molde, generará su cadena complementaria que tendrá que ser "replicada" a su vez, es decir, necesitas al menos un intermedio molecular...
Por otro lado, si la síntesis de oligonucleótidos es químicamente posible, es incluso más probable que aparezca una "sopa autocatalítica" antes que una molécula autorreplicante en sentido estricto simplemente porque es más compleja químicamente.
Pero insisto en que no he buscado exhaustivamente. Seguiré en ello, lo prometo ;-)



10
De: El PaleoFreak Fecha: 2004-10-21 12:52

BioMaxi, ese sistema necesita tres moléculas *concretas* de ARN (y no precisamente cortas) en cantidades suficientes en el medio (suministradas por los investigadores, y obtenidas por ingeniería genética si no he entendido mal, ya que lo leí muy rápido)

Lo que hace ese ARN ligar dos partes para tener una molécula entera, que a su vez agarra otras dos de esas partes y las une, etc. El problema de este sistema es evidente: ¿de dónde salen los elementos necesarios?

Dicho de otro modo: tienes un robot que coge cabezas y cuerpos de robot y los monta. Si el robot no encuentra cabezas o cuerpos por ahí tirados, o si se le acaban, se jorobó el invento.

Lo que necesitamos es un robot que monte copias a partir de elementos simples, que aparezcan en el medio de forma razonablemente espontánea.



11
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-21 13:44

Efectivamente, necesitamos algo que explique de donde salen esas moleculas; por eso es tan importante la investigación en síntesis química de biopolímeros en condiciones "semejantes" a las prebióticas.



12
De: Gilgamesh Fecha: 2004-10-21 13:58

Hola a todos. Pues me ha parecido muy interesante la explciación de Biomaxi, al menos hasta donde yo puedo seguirla ;-)

¡Qué gran bitácora!



13
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-21 14:19

Estoy elaborando una lista con bibliografía que pondré en el mensaje inicial, pero no es tarea fácil: resulta que a los inmunólogos les ha dado por utilizar "self-replicating RNA vaccines", así que toca cribar mucho. Y si busco por RNA polymerase ribozyme, me salen artículos sobre ribozimas Y RNA polimerasas (es decir, sobre transcripción y splicing en eucariotas).



14
De: El PaleoFreak Fecha: 2004-10-21 14:20

BioMaxi, claro que es importante la investigación en eso y en el resto de los asuntos relacionados con el origen de la vida. ¡Es importantísimo, porque el problema es enorme!
Y no ayuda mucho esa mentalidad de "es fácil", "esto ya se ha hecho" (cuando realmente no se ha conseguido), "esto es teóricamente posible", etc. En mi opinión, la investigación de la abiogénesis va despacio en gran parte porque el problema no es considerado como tal, o es infravalorado por los científicos.



15
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-21 14:32

Por cierto, ya que estamos con esto, muy interesantes los trabajos con el virus Q beta, un sistema de lo más sencillote proteina-ARN autorreplicante. Lo traigo a colación porque también es posible la génesis abiótica de polipéptidos y que uno de éstos tenga la capacidad de sintetizar RNA a partir de oligonucleótidos (enzimas así las hay, por ejemplo la Q beta replicasa, que puede polimerizar independientemente de molde); esto permitiría la acumulación de moleculas de RNA entre las cuales podría surgir un sistema autocatalítico... las posibilidades son muchas! (por eso decía que todas las teorías son diferentes pero que equivalentes, de una se pasa a otra...)



16
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-21 15:40

Pues ya está la bibliografía. No es todo, es una selección de lo que creo más relevante de entre lo que he encontrado.

Después de leer la bibliografía, sí que creo que existan pruebas suficientes de la autocatálisis de RNA in vitro.

La investigación en abiogénesis va despacio porque hay poca financiación para el tema, y es lógico, ya que si vemos la literatura, desde finales de los 80 se tienen sistemas de ribozimas capaces de sintetizar RNA. No sólo es teóricamente posible, sino que además sí que ya se ha hecho (la parte más difícil, al menos). Vale, puede que no sea fácil (mea culpa), pero eso es una valoración subjetiva. Hablemos de posibilidad y de probabilidad. Cuando digo teóricamente posible no me refiero sólo a la teoría de la evolución, ni mucho menos. Me refiero a termodinámicamente posible: existen las condiciones en las que una molécula de RNA puede producir otras moleculas de RNA (incluida ella misma), existen las condiciones en las que una molécula de RNA puede copiarse a sí misma (aunque no hayan sido reproducidas en el laboratorio, no me preguntes por qué).

Si prefiero hacer énfasis en el lado positivo (como aquellos que he leido) es porque la "imposibilidad" del origen de la vida es un argumento demasiado manido por ya sabes quienes. No es tan imposible y tenemos evidencias.



17
De: Paapuctus Fecha: 2004-10-21 17:33

Dilo, dilo... no te calles nada... quienes son esos personajes oscuros que quieren que CREA en que por sí solo no se CREA, y sin embargo no CREAN hipótesis, no sea que se las CREAN... dilo, hombre dilo!



18
De: El PaleoFreak Fecha: 2004-10-21 17:41

Sí, y por miedo a que parezca que le damos la razón a los creacionistas, andamos diciendo por ahí que el origen de la vida está casi resuelto ;o)



19
De: Paapuctus Fecha: 2004-10-21 17:51

Es buenísimo... y con un nivel de vértigo!
Hasta péptido llego, por lo Pep, pero en cuanto veo las R solo lo intento imaginar. Me suena a chino oriental sin autoayuda.
Por otro lado no sé si será muy sorprendente el hecho de un descubrimiento como el de la autoreplicación de una molécula, puesto que un polímero, ya sé que no es una autoreplicación, pero sí una replicación, y requiere de bien poca cosa. Solo es necesario, que sea termodinámicamente espontáneo, y un vulcanizante. (Me muero de ganas de explicaros una bonita anécdota al respecto de la espontaneidad)
El porqué las moléculas biológicas son quirales L en vez de las otras, etc es otro de tantos misterios. Es así, no?



20
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-21 17:58

Joder, casi resuelto no, pero que lo tenemos más clarito, sí. Antes Darwin se reconocía incapacitado para explicar cómo aparece el primer ser vivo (de la nada inorgánica a un microorganismo); luego descubrimos la universalidad de la celularidad; después cómo funciona el asunto genético; y de repente vemos la luz al entender que la evolución no necesita células, ni siquiera seres vivos (sentido estricto), sino sistemas que se repliquen con diferentes eficacias en un ambiente de recursos limitados; es más, encontramos evidencias de que este tipo de evolución es posible... y por otro lado descubrimos que los compuestos orgánicos pueden sintetizarse abióticamente, descubrimos mecanismos que facilitan lo que antes se creía imposible (polimerización de aminoácidos, por ejemplo).
No estará resuelto, pero se ha avanzado tanto que ya ningún evolucionista puede pensar que es un problema irresoluble.



21
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-21 18:07

Más que misterio, reflejo de un accidente o de diferencias cuánticas que se nos escapen y que resulten ser relevantes, váyase usted a saber, que ahora parece que las bombas de protones (proteínas que pasan H+ de un lado a otro de membranas biológicas) usan el efecto túnel... pero eso es otra historia.



22
De: El PaleoFreak Fecha: 2004-10-21 18:15

Yo no pienso que sea un problema irresoluble, sino irresoluto (menudo palabro). Y que hay una actitud general que resta importancia a ese problema (el mayor en la biología actualmente) que puede estar contribuyendo a retrasar su solución.
No estoy hablando de optimismo, sino de conformismo.



23
De: Anónima Fecha: 2004-10-22 02:26

Hola Paleofreak, ahora si estamos de acuerdo.

Hay luz pero no toda la que quisieramos :)

Y gracias BioMaxi por las explicaciones.



24
De: BioMaxi Fecha: 2004-10-25 17:27

“Si se quiere resolver un problema, hay que considerarlo primero como ya resuelto y poner nombres a todas las líneas que parecen necesarias para construirlo, tanto a las conocidas como a las desconocidas."
Descartes, discuso sobre el método.

Para rematar la discusión, que la gente me perdone si mi énfasis en la resolubilidad del problema del origen de la vida da la falsa impresion de que se tratase de un problema resuelto. Simplemente, sigo los preceptos de los gigantes pensadores a cuyos hombros trato de trepar, a ver si lo que sirvió a Newton también me sirve a mí ;-)



25
De: Iconoclastito Fecha: 2005-03-25 04:19

Concuerdo que esto se puede explicar paso por paso (algunos más y otros menos graduales), con un especial enfasis en que la secuencia de eventos es crucial, ya que lo más interesante es entender cómo un cambio hizo posible al siguiente. Lo que quisiera comentar es que muchas de estas moléculas complejas, como el RNA, son comparables a un "riñón" si se quiere; nunca te vas a encontrar un riñon por ahí viviendo de manera autónoma en el exterior, fuera de un organismo, porque ha evolucionado en el contexto del interior del cuerpo del metazoo. La comparación al riñon puede permitir entender porqué la autoreplicación de una molécula compleja como un RNA es probablemente imposible a partir de componentes muy básicos en el simple contexto de un tubo de ensayo.
Echo de menos en esta conversación el rol de las membranas, ya que estas son las que en pricipio permitieron la diferencia entre el mundo externo e interno de los organismos, permitiendo condiciones internas especialísimas, cuyas consecuencias para las posibilidades de complejificación y evolución es posible imaginar.
Considero que las moléculas autocatalíticas simples que se pueden obtener a partir de compuestos simples sí son un avance importante, sobre todo en el caso de que sea piruvato u otro metabolito, por simple que sea, pero considero que serñía interesante, lograr que su dinámica de autoproducción se vea asociada a la generación de metaestructuras, probablemente vesículares.
Como se esperarán, no me parece mucho el concepto de que, una vez teniendo la molécula autoreplicante, el principal obstáculo está superado porque ahora, puede evolucionar por SN. "Denme un RNA autoreplicante, y la SN lo transformará en célula". Tan sólo asumir que ha operado la SN no explica mucho (o derechamente, nada). La transformación habría que describirla estructuralmente y paso a paso, incluyendo los cambios que no pueden ser descritos como casos de SN.
Es quizás el seleccionismo aplicado al origen de la vida, el que relega al olvido a las membranas, lo cual me recuerda la triste visión, que el citoplasma es como una papilla amorfa que utilizan los genes para replicarse.
Quiero también enfatizar las alianzas entre moléculas de las que habla Biomaxi, que me hacen pensar en la idea de Lynn Margulis, de que la simbiosis es un motor importante de la evolución. El tema del aumento de la complejidad, que parece ser el principal desafío, se explica en gran medida por asociaciones simbióticas, así, el paso de procarionte a eucarionte, el paso de unicelular a metazoario, de colonias, sociedades...
El primer paso en una simbiosis es evidentemente epigenético: cuando la archaea se tragó la "mitocondria", o como parásito, ésta se alojó en su citoplasma.
Las simbiosis surgen de interacciones recurrentes entre distintos seres vivos, en el que se genera un metasistema epigenético, que es más que la suma de cada ser vivo por separado.
Por lo que no me extrañaría que existiesen muchas asociaciones y generación de metasistemas epigenéticos hacia la evolución temprana de la vida, que condujeron al alto nivel de complejidad de las células más simples actualmente conocidas.
¿Han escuchado hablar de una cierta controversia, con unas aparentes nanobacterias del subsuelo australiano, como unas vesículas, pero que habia debate si erans eres vivos, si tenían o no DNA? Sólo me llegó un rumor, si uds. saben algo , les estaría muy agradecido de cualquier información.



26
De: Anónimo Fecha: 2008-01-30 21:57

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