sábado, 3 de diciembre de 2016

Orígenes. Los humanos. Capítulos 1 y 2. Preludio. Andante.

Empezamos una nueva sección del libro, la dedicada a nuestro origen como especie.

Captítulo 1.- Preludio

Somos parte de la enorme diversidad de seres vivos de este planeta, y los únicos que hemos sido capaces de hacernos preguntas acerca del origen del Universo, el origen de la vida y sobre nosotros mismos.

La magnitud de esta afirmación siempre me impresiona y me da vértigo. Si hay algo que nos diferencia, y realmentes nos hace especiales respecto a los demás seres vivos, yo creo que es esto.

En este capítulo se hace un repaso rápido de lo poco que se sabe de nuestro linaje antes de que se separara de la del chimpancé.

Pertenecemos a un grupo de mamíferos muy particular, la orden de los primates (nombre dado por Carl Linneo), con una larga historia evolutiva compleja y repleta de especies extinguidas. La mayor parte de las genealogías de primates ha llegado hasta la actualidad y están repartidas por América, África y Eurasia.

El reloj molecular para el origen de los primates marca entre hace 74 y 63 Ma. Y aunque hay otros especialistas cuyos estudios moleculares llegan hasta los 85 Ma (conviviendo con los grandes dinosaurios) en el registro fósil tenemos datos de hace unos 56 Ma (inicios del Eoceno).

Con reservas, se han asignado los primeros restos fósiles conocidos a un primate del género Plesiadapis, cuya reconstrucción nos recuerda a una ardilla estilizada, de patas largas y con los ojos todavía situados en posición lateral (cosa que cambió en poco tiempo). También han evolucionado hacia la pérdida de garras en los dedos y su sustitución por uñas planas, la disminución del hocico y el incremento del cerebro (en particular del córtex cerebral). Por otro lado han mantenido la presencia de cinco dedos y una dentición poco especializada, aptas para el consumo de una dieta omnívora.

El florecimiento de los primates en sus diferentes linajes parece que fue un evento extremadamente veloz en términos geológicos.

En la actualidad, los primates incluyen dos subórdenes:
  • Estrepsirrinos (Strepsirrhini): Este suborden incluye a los lorísidos, lemúridos y galagos.
  • Haplorrinos (Haplorrhini): Parece que hubo una rápida separación de los estrepsirrinos en dos infraórdenes hace unos 58 Ma (Paleoceno): tarsiiformes y simiiformes. Nuestro origen está en los simiiformes.
El infraorden de los simiiformes divergió hace unos 40 Ma en:
  • Platirrinos (Platyrrhini): Colonizó América del Sur desde África.
  • Catarrinos (Catarrhini): Se quedó en África y colonizó Eurasia en los inicios del Mioceno, hace unos 23 Ma. Sus representantes vivos están incluidos en las familias de los cercopitécidos, hilobátidos y homínidos.
En los homínidos (Hominidae) ya nos encontramos con los orangutanes, gorilas y chimpancés, nuestros parientes más próximos tanto desde el punto de vista del tiempo geológico como de las diferencias entre nuestros respectivos genomas.

La familia Hominidae (homínidos) incluye cuatro géneros con representantes actuales: Gorilla, Homo, Pan y Pongo. El genoma de las siete especies reconocidas en estos cuatro géneros presenta una gran similitud, evidenciando una divergencia relativamente reciente entre ellas.


Los humanos actuales compartimos un antecesor común con el linaje de los chimpancés, por lo que son los simios antropoideos más próximos a nosotros en términos evolutivos. Descubrirnos ese antecesor común es el tema central del siguiente capítulo.

Capítulo 2 - Andante

Al comparar el genoma de los humanos modernos y una de las especies de chimpancé, se ve que compartimos un antecesor común que vivió en África a finales del Mioceno hace entre 7 y 6 Ma. En esa época el continente comenzó a enfriarse y a cambiar su paisaje por efecto de la elevación del Gran Valle del Rift.

Fue a partir de los 8 Ma cuando, en la mayor parte de África, empezó una progresiva deforestación de ciertas regiones, anteriormente cubierta de bosques.

La gran diferencia física entre los miembros de las familias de los humanos y de los chimpancés es la manera en la que unos y otros nos movemos en nuestros desplazamientos. Los chimpancés son cuadrúpedos y la arquitectura de su esqueleto está preparada para trepar con facilidad. Al contrario, en la genealogía humana, caminamos erguidos y somos bípedos.

Pero al no tener evidencias fósiles del antecesor común entre humanos y chimpancés no sabemos a ciencia cierta cómo se desplazaba.

-Arquitectura en movimiento

Al comparar la forma de la pelvis de un chimpancé con la de los humanos, nos parece imposible que hayamos dado un salto anatómico tan impresionante sin pasar por situaciones intermedias.

Un error muy común en las ilustraciones de nuestros ancestros es que aparecen en posiciones de locomoción que nunca han existido. La evolución construye nuestros cuerpos para funcionar del modo más eficiente en el medio que nos rodea (de otra forma nos extinguiríamos).

En esas ilustraciones no se tiene en cuenta algo que nos explica la genética: no son necesarios muchos cambios (mutaciones o reordenamientos genéticos) en el DNA para lograr un resultado llamativo.

Quizá el bipedismo fue consecuencia de cambios en determinados genes reguladores, los cuales son capaces de producir una cascada de cambios en otros genes y producir un resultado final muy diferente.

El bipedismo ha conllevado cambios anatómicos importantes en todo el cuerpo y en particular en los huesos y músculos, que nos mantienen erguidos. Los cambios que se consideran necesarios para pasar de un primate cuadrúpedo a un primate bípedo son:
  • En los homininos bípedos, la mayor anchura del ala ilíaca (en comparación con la de los simios antropoideos que es largo y estrecho) cambió el lugar de inserción de los glúteos mediano y menor, que se desplazaron desde atrás hacia ambos lados del cuerpo. Con esta adaptación la función de los glúteos de simios y humanos ha cambiado.
  • El hueso sacro de los humanos es notablemente más ancho que en los simios antropoideos y el anillo pélvico tiene una forma diferente.
  • Los huesos púbicos de nuestra especie son cortos y anchos.
  • El isquion también ha experimentado una reducción significativa: la disposición geométrica de los tres huesos de la pelvis y la anchura del hueso sacro tiene relación con el parto.
  • Existe una diferencia importante en los músculos isquiotibiales, bíceps femoral, semitendinoso y semimembranoso, que forman la masa muscular de la cara interna de la pierna.
Las diferencias anatómicas descritas no son triviales. Por lo que se destaca el hecho de que no se pudo pasar por situaciones intermedias, poco o nada eficaces, sin comprometer la supervivencia de las especies y menos en campo abierto.

La pelvis de los australopitecos (más próximos en el tiempo al antecesor común que a nosotros) tiene todas las características biomecánicas y arquitectónicas necesarias para que aquellos homininos caminaran de forma bípeda. Por lo que se cree que los cambios tuvieron que suceder en un medio carente de peligro y en un tiempo relativamente breve.

Si la bipedestación liberó las manos, también encadenó los pies (que también han experimentado otro cambio notable) a una función básica y esencial: la locomoción bípeda.  Hace 3,7 Ma la forma del pie de los homininos ya era similar a la de Homo sapiens. Y representa un conjunto de huesos, músculos y ligamentos extraordinariamente especializado y muy distinto de las patas traseras de los mamíferos.

-¿Por qué somos bípedos?

Han surgido muchas hipótesis para responder a esta pregunta. Por ejemplo: la ventaja de ver a las presas en las sabanas o la necesidad de liberar las manos. Ambas rechazadas.
En la década de 1970 se halló una extraordinaria colección de fósiles de Australopithecus afarensis, cuya antigüedad estimada está entre 3 y casi 4 Ma. Sin género de dudas estos homininos habían caminado erguidos, pero aún disponían de algunas adaptaciones para trepar con facilidad.

Suponiendo que vivieron en ambientes abiertos y cálidos de las sabanas africanas, hay controversia sobre una hipótesis propuesta por Wheeler. Esta consiste en que los cuadrúpedos exponen más superficie corporal a la intemperie y pierden por ello más cantidad de agua que un primate bípedo. Y que por ello necesita menos alimentos y menos agua para desplazarse. Pero las conclusiones de los trabajos realizados por diferentes investigadores para refutar o avalar dicha hipótesis son contradictorias; y solo se solucionaría esta controversia si conociéramos la anatomía de este antepasado común.

En la década de 1990 en África se produjeron nuevos hallazgos de homininos todavía más antiguos que los australopitecos: Ardipithecus ramidus (que vivió hace entre 4,5 y 4 Ma) y que podía ser descendiente de Ardipithecus kadabba (cerca de los 6 Ma, el límite propuesto por los genetistas para la separación de los dos linajes de humanos y chimpancés).

No hay dudas sobre el bipedismo de Ardipithecus ramidus, aunque no hay suficientes evidencias para afirmar lo mismo de Ardipithecus kadabba. El caso es que el hábitat de los ardipitecos parece ser que fue un ambiente húmedo y de bosques cerrados. Por lo que en el caso de demostrarse de manera definitiva que las dos especies fueron bípedas y que no habitaron en medios abiertos, la hipótesis de Wheeler quedaría también rechazada por las evidencias empíricas.

Por el estudio de la anatomía de Ardipithecus ramidus se puede inferir que su pie, y aunque la disposición del primer dedo es primitiva, tuvo la suficiente rigidez para mantener a estos primates bien erguidos; y por su pelvis parece que presenta un mosaico anatómico perfecto para desplazarse sobre el suelo con las piernas (aunque no correr como lo hacemos nosotros) y para moverse por las ramas en un ambiente de bosque. Por lo que es muy posible que esta especie no se arriesgara a tener aventuras duraderas en espacios abiertos. Y por ello la balanza parece inclinarse hacia la hipótesis del inicio de la bipedestación en ambientes de bosques cerrados.

A modo de conclusión el autor acaba enumerando que:
  • Es muy posible que nuestro antepasado común no tuviera una locomoción similar a la de gorilas y chimpancés.
  • Parece probable que nuestro antepasado común fuese bípedo con un modo de desplazamiento muy generalizado.
  • La bipedestación pudo surgir en un ambiente de bosque cerrado y no en campo abierto.
  • Nuestro antepasado común pudo tener una altura y un peso probablemente similares a los de los chimpancés.
A partir de este último dato se piensa que parte de la vida de este antepasado común se desarrolló en el suelo de los bosques africanos, sin descartar que fuera capaz de trepar. Y si es así, se puede aceptar que encontró alimento abundante tanto en el suelo de los bosques como en campo abierto.

Por lo que la forma de caminar bípeda pudo surgir como una forma más de desplazamiento, que se hizo cada vez más necesaria a medida que se producía la regresión de la cubierta vegetal. Y que no fue hasta mucho más tarde que la bipedestación ofreció ventajas termorreguladoras y la capacidad para usar las manos en funciones distintas (como la fabricación de herramientas). Produciéndose lo que se conoce en biología evolutiva una exaptación. Término que se refiere a caracteres que ofrecen una capacidad adaptativa diferente de la original mucho tiempo después de su aparición en una especie.



Y las propuestas para comentar:
  1. ¿Qué pensáis sobre que seamos los únicos seres vivos de este planeta que hemos sido capaces de hacernos preguntas acerca nuestros orígenes?
  2. No tengo ninguna duda de que la paleoantropología es una ciencia, pero se mueven en terrenos tan hipotéticos y se tienen tan pocas evidencias, que sus conclusiones podrían estar muy alejadas de la verdad. ¿Qué pensáis sobre ello?
¡Que tengáis una feliz semana!

sábado, 26 de noviembre de 2016

Orígenes. La vida. Capítulo 10. Origen y evolución de los Eucariotas


Lo primero alguna que otra reflexión personal.

Desde mi punto de vista el libro está siendo muy enriquecedor pero, sinceramente, si no llega a ser por vosotros creo que lo habría abandonado hace tiempo (lo habría dejado para cuando tuviera más horas libres y al final no lo habría leído).
@molinos1282 lo explica muy claro en muchos de sus posts: ¡existen tallas y opino que esto es divulgación XXL!
@AlbertoFdezSoto y @brionesci (los autores de la 1º y 2º parte respectivamente) nos han dicho en los comentarios que han hecho en el blog:
· "La idea fue desde el principio que iba a ser un libro de divulgación, pero entendiendo que iba a implicar un esfuerzo del lector. Teníamos que intentar explicarle las cosas con la mayor claridad posible, pero no huir de hacerle trabajar".
· "En cuanto al nivel general del texto, hemos intentado llegar tanto a buenos lectores aficionados a la ciencia pero sin formación científica previa… como a investigadores y profesores universitarios expertos en cada uno de los temas".
Por mi parte decir que creo que lo están logrando, y no lo digo por los diversos "triunfos" que está cosechando el libro, sino porque con algo de trabajo yo estoy llegando a comprender muchas cosas.

Por otro lado decir que, en la primera parte me sorprendió que se liquidaran tan rápidamente el origen del Sistema Solar, y ahora observo que en esta segunda parte se liquidan rápidamente la evolución de las eucariotas... ¡Pero me está gustando la idea y creo que es lo correcto! Me explico.
Como de lo que siempre se habla, de lo que es más conocido, de lo que hay mucho escrito... es de esas partes, lo lógico y lo normal es que un libro que se llame orígenes vaya a lo desconocido, a lo que se está investigando, a lo que solo algunos conocen porque hay poco escrito...
¡Me ha gustado el enfoque, estoy deseando saber de que se hablará en #Orígenes/Humanos (y también deseando saber cómo lo hará)!

 Lo segundo una invitación

Veamos.
Creo que, aunque se pierda algo de perspectiva, el libro se puede leer por partes: las tres partes creo que son claramente diferentes.
Aunque lo aconsejable sea leerlas por orden, desde mi punto de vista, si alguien se está quedando con ganas de engancharse a la lectura conjunta que estamos haciendo de #Orígenes en #TertuliasCiencia, ESTE ES EL MOMENTO.
Empezamos la semana que viene. El primer resumen lo hará @ConxiSole y el segundo @jlmgarvayo, también resumirá otro capítulo @SimonPerera...
Como puedes ver nosotros seguimos ¿comentas con nosotros? A nosotros nos gustaría que te sumaras porque tus comentarios nos enriquecerían a todos. Pero en este proyecto estamos para disfrutar, así que, te unas o no, siempre eres bien recibido.
Por cierto, si quieres resumir algún capítulo, ponte en contacto con nosotros y te explicaremos como estamos organizados. Puedes pasarte por la página #Orígenes de este blog y ver los resúmenes que están "pillados".

 Y ahora el resumen "Origen y evolución de los eucariotas"

En el libro hemos visto que nuestra vida empezó con la química prebiótica (y seguramente en el espacio).
A lo largo de los capítulos hemos visto que desde que el sistema Tierra-Luna se formó (hace aproximadamente 4570 Ma) todo ha ido cambiando. Aunque hubiera aparecido vida antes (sea lo que sea eso), se cree que hasta que pasó el último gran bombardeo de meteoritos y cometas (hace aproximadamente 3850 Ma) nuestra "estirpe" no pudo surgir.
El autor nos ha dicho que hay cierto consenso de que hace aproximadamente 3500 Ma ya existía la primera célula (o comunidad de especies que intercambiaban genes), LUCA. Se cree que antes de ella existió, no solo la química prebiótica, sino que también un mundo de ARN, de virus y de proto-células.
Para mí, uno de los grandes descubrimientos de esos capítulos ha sido la transferencia horizontal de genes, me ha encantado la imagen visual de "el arbusto de la vida".
Y LUCA evolucionó y dio tres grandes ramas. La gran mayoría de los investigadores creen que primero se separó la rama Bacteria de la rama Arquea-Eucariota y que esa primera separación ocurrió relativamente pronto.
Inicialmente, tanto las Bacterias como las Arqueas, vivieron, sin núcleo (procariotas), intercambiando genes y en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno), pero hace 2700 Ma aparecieron "las fabricantes de oxígeno" (seguramente cianobacterias), siendo el oxígeno un desecho para ellas y tóxico para el resto. Como el planeta estaba sin oxidar el oxígeno que se expulsaba poco a poco fue oxidando  la Tierra y, mientras, la evolución fue "adaptando" a nuevas Bacterias y Arqueas. Alrededor de hace 1600 Ma la concentración de oxígeno fue "alta, tolerada e incluso útil" (vamos, como ahora, aunque en esas fechas era de alrededor del 15%). La capa de ozono no se formó hasta hace aproximadamente 1000 Ma (cuando hubo el suficiente exceso de oxígeno en la atmósfera)
 
Pues, antes de que existiera la capa de ozono, arranca el origen y evolución de los eucariotas (arranca aquí nuestro último resumen de esta parte).

Probablemente, hace aproximadamente 2000 Ma surgió la primera célula eucariota, LECA (el análisis de las secuencias génicas de todas las eucariotas comparadas así lo indica).
Además de posiblemente flagelos, tenía características morfológicas únicas: núcleo y citoesqueleto (que le permitía emitir pseudópodos y fagocitar).
Esa primera eucariota también tenía ya mitocondrias (al contrario de lo que antes se creía porque algunos protistas no las tienen, ahora se piensa que es que las han perdido).
Su metabolismo era heterotrófico y su reproducción mucho más compleja que la de las procariotas.
Pero, ¿cómo surgió LECA? Actualmente hay dos modelos.
El primero (el que parece menos probable) asume que una arquea ancestral evolucionó generando el núcleo y el citoesqueleto. Que aceptó muchos genes arqueos y algunos bacterianos por transferencia horizontal.
El segundo postula que una bacteria fagocitó a una arquea que con la evolución se convirtió en el núcleo. Este modelo tiene la ventaja de que explica mejor la existencia de la doble membrana en el núcleo (cosa típica de la endosimbiosis, uno del "fagocitado" y otro del que "fagocita") y que los fosofolípidos de la membrana celular eucariota son más parecidos a los bacterianos.
Ambos modelos asumen que finalmente se fagocitó una bacteria que se convertiría mediante endosimbiosis en la mitocondria (lo mismo ocurriría después con el cloroplasto en cierta rama de las eucariotas cuando se fagocitó una cianobacteria). La hipótesis de la fagocitación se asienta en las bases de la existencia de la doble membrana y de la existencia de genoma propio dentro de estos orgánulos. La frase "La primera fusión celular, precursora de la fecundación, podría haber sido consecuencia del canibalismo: un microorganismo que se comió a otro sin digerirlo" me ha gustado.

Y llegó la pluricelularidad (y no lo hizo una sola vez, surgió en distintos linajes de organismos unicelulares eucariotas)
Al estar las células físicamente conectadas y ser interdependientes se inició una especialización que finalmente generó tejidos que debieron de ser regulados y coordinados.
Además, más adelante surgió la reproducción sexual donde unas células son reproductivas y otras no, incluso apareciendo la recombinación de fragmentos génicos que generó mayor diversidad. Pero el texto añade que en los de reproducción sexual ha ocurrido algo que a mí me ha llamado mucho la atención LA APARICIÓN DE LA MUERTE. Me ha sorprendido la idea, me ha chocado que como máximo solo el 15% de la biodiversidad actual esté abocada a la muerte.

Retomemos nuestro camino. Hace más de 900 Ma se separaron hongos y animales. Hace más de 750 Ma un ancestro común de animales ya había perdido la pared celular y, pese a ser unicelular, tenía genes relacionados con la pluricelularidad (diferenciación celular, adhesión y comunicación). Estas fechas y datos se obtienen por filogenia molecular.
El camino para los animales estaba preparado. Fueron razones genéticas, ambientales y ecológicas las que fueron dando las distintas "ramas" de seres pluricelulares de la "rama" animal (actualmente se conocen más de 34 phyla animales).

Las esponjas, ya con registros fósiles, datan de hace unos 750 Ma. A partir de ahora ya se tienen registros fósiles que corroboran lo que dice la filogenia molecular (aunque es a partir de la explosión cámbrica cuando la abundancia de fósiles permitirá mayor precisión en las afirmaciones)
Hasta hace 550 Ma la fauna ediacara (caracterizada por cuerpos blandos, algunos de ellos con órganos sensoriales, que vivían en fondos marinos y aparentemente sin depredación entre ellos) se cree que era la única existente. Pero desaparecieron muchísimos, por razones que no se conocen exactamente, coincidentes con épocas de glaciaciones.

Y llegó la denominada explosión cámbrica (hace entre 540 y 530 Ma)
Aparecieron las partes duras (exoesqueletos, conchas u otras). Aparecieron los trilobites.
En esa "explosión" surgieron los artrópodos y de ellos hace más de 400 Ma los insectos que colonizaron el medio terrestre hace unos 300 Ma (encontrándose allí con las plantas, como más abajo se indica). Los insectos son la clase más exitosa y variada de todo el reino animal.
Pero también surgieron en esa "explosión" los cordados, unos animales con espina dorsal longitudinal y esqueleto cartilaginoso (por ejemplo Pikaia). Y de ellos surgieron los peces hace ya unos 500 Ma (el primero del que se tienen constancia es Astraspis). Posteriormente la evolución mineralizó esos esqueletos cartilaginosos y los transformó en huesos.

Por otro lado las plantas habían evolucionado. Y fueron ellas las primeras que abandonaron los océanos hace unos 450 Ma cambiando la orografía terrestre y la química de la atmósfera. Al principio fueron Gimnospermas pero hace unos 100 Ma aparecieron las Angiospermas (flores que producen frutos con semillas). Decir también que los hogos colonizaron tierra firme después que las plantas, algo obvio cuando pensamos que son organismos heterótrofos.

Y un pez soñó.
El esqueleto óseo permitió que unos peces se aventurarán a salir del agua (los huesos les permitían soportar el peso del propio organismo fuera del agua). Hace unos 370 Ma evolucionaron y surgieron los anfibios. En los peces había surgido como medio de reproducción los huevos, pero maduraban fuera, en el medio acuático. Poco a poco en los anfibios la evolución fue alterando esto y al final el huevo se desarrolló completamente en el interior de la hembra. Además la evolución también eliminó las aletas de los peces en los anfibios transformándolas en cuatro extremidades.
Hace unos 310 Ma, cuando ya existía el súper-continente Pangea, surgieron los reptiles como evolución de los anfibios. Y de estos hace unos 230 Ma los dinosaurios, que dominaron tierra, mar y hasta el aire; pero hace unos 65'5 Ma desaparecieron por el impacto de un inmenso meteorito (esa es la causa más probable según los expertos).
De una rama de los dinosaurios (no de la voladora sino de unos que andaban a dos patas y que habían desarrollado plumas) surgieron las aves hace unos 150 Ma.
Pero los mamíferos surgieron por evolución de los reptiles hace unos 220 Ma. Eran pequeños, convivieron con los dinosaurios y cuando estos se extinguieron llego su momento. Aunque al principio fueron ovíparos el huevo interno acabó transformándose en placenta y también surgieron todas las modificaciones evolutivas que ahora observamos en ellos.

Y el último párrafo de esta parte me ha gustado mucho, pero al final me defraudo un poco porque yo esperaba encontrar alguna palabra más. Así que copio aquí la parte y añado en negrita lo que yo hubiera escrito:
"Entre los múltiples descendientes de ese pez ancestral que conquistó tierra firme, entre los hijos de Astraspis y Pikaia, de LECA y de LUCA, de las proto-células que comenzaron a reproducirse, de los primeros polímeros y monómeros biológicos, de las moléculas orgánicas más sencillas y de los gases de nuestra atmósfera primitiva... entre los herederos de esa trayectoria evolutiva que hunde sus raíces en los orígenes químicos de los seres vivos, hace aproximadamente 70 Ma comenzaron a saltar sobre una de las múltiples ramas del árbol de la vida unos pequeños mamíferos: los primates... de los que finalmente has surgido tú"

 Y a debate yo solo traigo una cuestión: LA MUERTE.
Si lo pienso quizás sea obvio que, aquellas especies en las que desaparecen organismos de su misma especie son más adaptativas (pues se eliminan competidores). Que eso al final generara etapas en el ciclo vital y que finalmente apareciera la muerte como algo insalvable para esa especie quizás lo pueda aceptar. Pero, ¿lo mismo no es por eso? Se me ha quedado muy poco claro ese tema, quiero saber más de la muerte. Quiero saber lo que pensáis vosotros de la aparición de la muerte, quiero saber si sabéis algo más sobre este asunto.
Obviamente, si vosotros queréis sacar otro tema a debate no os cortéis. Había muchas otras posibilidades (por ejemplo, me han surgido dudas sobre paredes celulares y citoesqueletos ¿se desarrolló un citoesqueleto existiendo paredes celulares? ¿fagocitaban teniendo paredes celulares?...) pero al final he preferido dejar solo "la muerte". Pero tú no lo dudes ¡añade más!

 
Nota final: por supuesto si veis algún error comunicármelo. Es complejo esto de resumir sin ser un experto. He podido malinterpretar, obviar y hasta incluso añadir cosas de manera errónea.
 

Saludos, y os animo a que participéis a partir de la semana que viene en #Orígenes/Humanos

sábado, 19 de noviembre de 2016

Orígenes. La vida. Capítulo 9. Bacterias y Arqueas

A las bacterias y las conocemos todos, pero las arqueas no son tan conocidas. En este capítulo el autor nos habla de ambas.

Partiendo de LUCA, del que ya hemos aprendido mucho en otros capítulos, casi todas las reconstrucciones indican que primero hubo dos dominios: Bacteria y un dominio que englobaba a los dominios Archaea y Eukarya. Posteriormente el último, se separó en Archaea y Eukarya.

Las bacterias son muy conocidas por todos pero, ¿qué son las arqueas? Las arqueas se diferencian de las bacterias en varios aspectos:
-          composición de las membranas
-          maquinaria de la replicación del ADN. Las arqueas se parecen más a las eucariotas.
Además, se piensa que las arqueas tienen un ancestro común hipertermófilo.

Halobacteria o Haloarchaea. es una clase de arqueas que se encuentran en el agua saturada o casi saturada de sal

Las bacterias se diversificaron en multitud de phyla, probablemente más de 30, mientras que las arqueas, a partir de su LUCA particular llamado LACA (Last Archaeal Common Ancestor) solo se diversificaron en dos:
-          Euryarchaeota, que incluye organismos capaces de producir metano.
-          Proteoarchaeota, que incluye organismos hipertermófilos, mesófilos y psicrófilos

Más adelante, a partir de la combinación de ciertas bacterias y arqueas se formaron los eucariotas.

En este capítulo también nos hablan de cómo hemos llegado a ser seres capaces de respirar oxígeno. El oxígeno, durante mucho tiempo, era un gas tóxico para los seres vivos ya que se habían desarrollado en un ambiente anóxico.

Las primeras bacterias y arqueas vivían en un ambiente sin oxígeno así que adaptaron sus metabolismos a esta ausencia realizando una fotosíntesis anoxigénica para captar la energía del sol y fijar CO2.

Posteriormente se originó la fotosíntesis oxigénica que ya generaba oxígeno.. De esta manera cuando se acumuló suficiente oxígeno, éste empezó a liberarse a la atmósfera. La presencia de oxígeno en la atmósfera se puede considerar como una señal de vida en un planeta.

Para terminar, este capítulo nos habla de los organismos extremófilos. Existen de muchos tipos, los que resisten el frío extremo (psicrófilos), los que resisten temperaturas muy altas (hipertermófilos), los que viven en ambientes muy ácidos (acidófilos) o muy alcalinos (alcalófilos). También hay organismos que soportan altas presiones (barófilos) o grandes cantidades de radiación ultravioleta (radiotolerantes). Tenemos organismos muy “salados” que viven en un entorno de alta salinidad (halófilos) y los que viven en lugares de extrema aridez (xerófilos).

España es un país ideal para estudiar algunos de estos organismos extremófilos debido a que tenemos río Tinto en nuestra geografía.

Rio Tinto


A parte de saber que os ha parecido el capítulo, me gustaría haceros dos preguntas:

-          Las bacterias son muy conocidas, pero ¿por qué no son tan conocidas las arqueas? ¿Creéis que tienen alguna “utilidad” biológica actualmente como las bacterias que forman parte de nuestro cuerpo?
-          ¿Qué tipo de extremófilo creéis que será el primero en descubrirse fuera de la tierra? Yo apuesto por los radiotolerantes.


¡Buena semana!

sábado, 12 de noviembre de 2016

Orígenes. La vida. Capítulo 8. La evolución de la vida

En este capítulo vamos a intentar comprender cómo se ha estudiado la evolución históricamente hasta la actualidad.

Comenzamos con las claves de la evolución biológica
Imagen tomada de biotay.blogspot.com.es/


La duración de la vida de un humano no nos permite observar en directo los cambios que se producen generación tras generación. Desde un punto de vista centrado en nosotros la evolución es lenta.
Una mutación o cambio en el genotipo se produce entre millones de replicaciones, es muy difícil de localizar. El ADN comete pocos fallos y necesitamos una acumulacíon de ellos para poder observarlo.
¿Cómo hemos llegado entonces a tenerlo tan claro?
Hagamos un rápido repaso histórico sobre cómo hemos ido estudiando el tema:
Aristóteles, mejor dicho, su escuela, realizó los primeros estudios de morfología comparada.
Durante demasiado tiempo el conocimiento no fue importante y pocos avances se produjeron sobre este complicado tema.

Siglo XVIII
El Conde de Buffon ya hablaba de variaciones sucesivas en el ámbito de la biología.
Hutton, un conocido en este blog, estudió los cambios geológicos como evolutivos.

Siglo XIX
Lamarck ya habla de evolución biológica, todo desciende de otra especie, aunque su explicación no sea correcta. Por los últimos datos que tenemos quizás en EEUU todavía mucha gente siga sus ideas.
Weels introduce el concepto de selección natural.
Saint-Hilarie dice que aunque hay correspondencia de órganos entre distintas especies las formas de los mismos cambian.
Lyell crea el uniformismo, los cambios se producen todo el tiempo y de forma gradual.
Darwin, quien reconoce el mérito de Lamarck, no considera el cambio como una necesidad previa sino que son las variaciones las que favorecen  no la adaptación llevando dichos cambios a una separación de la original creando una nueva especie. Aparece la divergencia y la novedad
"No es la más fuerte de las especies la que sobrevive, ni la más inteligente, sino la que responde mejor al cambio"
Esta nueva visión de un mundo en evolución deja a un lado el origen divino de las especies. La evolución es un ajuste menor en la biodiversidad aunque de una importancia increíble.
Wallace, coautor de la teoría de la evolución y catalizador de su publicación, no llegó a ser tan profundo en sus aportaciones pero debe aparecer en cualquier resumen.
Ambos desconocían los trabajos de Mendel por lo que demostraron gran intuición.

Siglo XX
Haldane, Fisher y Wright crean la Teoría sintética de la evolución que integra evolución y genética como base de la misma.
Los fallos en la replicación producen cambios fenotípicos, así el error es la base de la evolución. La mayoría de los cambios son perjudiciales pero las mejoras conceden una ventaja que permitirán que la nueva especie se imponga cuando haya un cambio en el medio que les haga competir.
Otra fuerza evolutiva es la cooperación, simbiosis, que hace mucho más eficientes a ambas especies.
Kimura explica que muchas mutaciones no producen cambios fenotípicos. La deriva genética se muestra como otra de las fuerzas evolutivas.
Si añadimos la transferencia génica horizontal ya estamos preparados para estudiar todo el proceso evolutivo.

Podemos crear un árbol de la evolución en el que se van diferenciando especies de un tronco común pero los datos nos muestran que no existe la linealidad con la que lo solíamos representar, tendríamos que hablar de arbusto para ser más exactos.











La evolución no está dirigida sino que se produce al azar y se fija con las adaptaciones al medio. Y más concretamente se conforma con con lo que funcione de entre lo que la química empezó a separar, con la aparición de las membranas, de la tendencia al equilibrio termodinámico.
Un símil muy acertado es pensar en muchos albañiles construyendo casas con pequeñas variaciones, la que más resistan servirán para, a partir de ellas, construir otros edificios.
Se nos muestra visión en la que un ser vivo es albañil y edificio en un proceso sin fin.

Es necesario que tengamos pruebas que apoyen nuestras teorías, en este caso los seres de los provienen los que hoy podemos observar no existen. Nos apoyaremos en los fósiles como huellas de la evolución.

La paleontología estudia los fósiles para reconstruir los caminos evolutivos de los seres vivos.
Para que un fósil pueda ser descubierto no sólo hay que encontrarlo, que ya es difícil. El espécimen debe contener partes duras o consistentes para mantener su forma, ser enterrado en condiciones anaerobias, permanecer allí hasta que se mineralice y que la roca no sea modificada en los procesos en los que se vea envuelta durante los millones de años que tarde en ser descubierta.
Si somos tan afortunados de encontrar uno bien conservado podremos extraer ADN. Bueno, no tan deprisa. Después de los 7 Ma (millones de años) las secuencias no se conservan íntegras. Sólo podremos hacer buenos estudios sobre, por ejemplo, humanos, no más allá. Nos quedamos sin Parque Jurásico y sin la todavía más prometedora serie sobre la explosión Cámbrica.

Los avances en la materia nos permiten llegar un poco más lejos. El colágeno se mantiene bien conservado hasta 80 Ma y se pueden comparar cambios entre especies. Se han conseguido informaciones incompletas de hasta 700 Ma y llegamos a saber sobre microbios de 3500 Ma, los estromatolitos.
El estudio de biomarcadores moleculares en rocas nos podría ayudar a conocer el medio en el que se originó la vida. Pero no disponemos de rocas tan antiguas. En rocas de 2700 Ma se han podido caracterizar lípido que podrían formar membranas celulares, en este caso han sido alterados por la diagénesis de la roca.

Termina el capítulo estudiando los genomas

La hipótesis de trabajo emitida por Zukerkland y Pauling y el trabajo de Sanger han permitido comparar genes y seguir avanzando. Si encontramos un gen que muestre una tasa de mutación constante en el tiempo y lo comparamos entre dos especies actuales podremos tener una idea de cuánto tiempo hace que divergieron de un antepasado común. Nos sirve también una proteína codificada por él. Podemos ser capaces de crear árboles filogenéticos moleculares.
Los genes elegidos no deben estar implicados en transferencias génicas horizontales (para que la variación sólo se deba a mutación). También deben evolucionar a una velocidad compatible con la distancia taxonómica de las especies, más lento si se separaron hace más tiempo (para que haya variaciones pero no demasiadas).
Es bastante complicado pero es un camino. Distintos genes seleccionado marcan tiempos diferentes pero si nos apoyamos en el registro fósil sí encontramos avances significativos.

Ya estamos preparados para regresar al principio de todo. Necesitamos un gen común a todos los seres vivos y, por lo tanto, fundamental para la vida. Woese y Fox eligieron un ribosomal que finalmente demostró la existencia de LUCA y los tres linajes que derivan de él.
Repetidos los estudios con otros genes aparece como más probable la separación inicial de Bacteria para luego separarse Archaea y Eucarya.
Sin embargo estas técnicas tampoco nos permiten volver más allá de LUCA.

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Temas propuestos para comentar:

- La importancia de Lamarck
- Si seguimos avanzando a este ritmo en genética comparada, ¿crees que podremos conocer cómo fue LUCA?
- ¿Prefieres la idea de un LUCA o de una comunidad como propone el profesor Doolittle?

Buen finde y mejor semana

sábado, 5 de noviembre de 2016

Orígenes. La vida. Capítulo 7. De las primeras células a LUCA

En este capítulo, sobre los orígenes de la vida, llegamos a la etapa donde se forman las primeras células y avanzamos hasta LUCA.

Cuando leí por primera vez el nombre de Luca, me pareció entrañable. Luca, nuestro antepasado común con todo ser vivo de la tierra, tenía un nombre que mi hijo le podría haber puesto a uno de sus peluches. Pero seguidamente leí que eran las siglas de “last universal common ancestor” y reconozco que esto le quitó algo de calidez al nombre :D.

A la izquierda, microfósiles descubiertos por Schopf (1993) en Australia, con una antigüedad de 3.465 Ma. A la derecha un peluche como Luca en mi imaginación (¡no hay tanta diferencia! ;)).

LUCA no es el primer ser vivo. Y puede que ni tan solo fuera una especie celular única, sino una comunidad de especies que intercambiaban libremente sus genes… la idea de Luca como peluche se va diluyendo ;).

Los primeros seres considerados como vivos fueron los sistemas que tenían acoplamiento de compartimento, metabolismo y genoma. Que es el camino hacia la formación de las primeras células.

Hacia el Mundo DNA/RNA/proteínas

Situémonos en las primeras proto-células que, según el modelo actual del Mundo RNA, estarían formadas por membranas transductoras de energía que contendrían: monómeros variados, péptidos intracelulares y transmembrana, catalizadores orgánicos e inorgánicos, y además moléculas de RNA (con capacidades tanto informativas como catalíticas).

En esta etapa las ribozimas con actividad RNA ligasa podrían haber sido las promotoras del ensamblaje modular de un genoma de RNA progresivamente más largo, que sería replicado (cometiendo muchos errores de copia) por ribozimas RNA polimerasas contenidas en el propio genoma.

Estas proto-células constituían auténticos sistemas evolutivos pues la replicación de su genoma incluía la reproducción del compartimento.

Mientras, en la evolución de las ribozimas peptidil-transferasa a los ribosomas, se fue mejorando el proceso de traducción de la información mantenida en el genoma. Sintetizándose diferentes proteínas, y algunas de las cuales - las funcionales - permitirían mejorar la viabilidad. Las proteínas (por evolución) se irían encargando cada vez más de las actividades catalíticas y del transporte a través de membrana; la eficacia de los ribosomas crecería, y gracias (en parte) a la transferencia génica horizontal mediada por virus RNA, el genoma sería cada vez más largo.

Pero uno de los cambios más importantes para la historia de los seres vivos fue la reducción de ribonucleótidos a desoxirribonucleótidos, es decir nuestro DNA. Un sistema mucho más adecuado para almacenar información genética, pero (probablemente) sin las capacidades catalíticas del RNA. Y las proteínas se convirtieron en casi las únicas responsables de las funciones estructurales y catalíticas de la proto-célula. No obstante los ribosomas, algunas ribozimas y su papel en la regulación de la transcripción quedarían para la historia como testigos de la extraordinaria capacidad funcional del RNA, la macromolécula clave en el origen de la vida.

Y así fue como se estableció el nuevo Mundo DNA/RNA/proteínas.

El tamaño del DNA (sobre todo por la duplicación de genes), su complejidad y su eficiencia aumentó progresivamente.

Según algunos modelos computacionales, sería posible originar un genoma complejo (de en torno a 10 millones de nucleótidos) en tan sólo 7 Ma.

Los primeros metabolismos

En esta sección se nos plantea qué tipo de metabolismo pudieron tener las primeras células o (dicho de forma más precisa) las primeras fuentes de energía externa que permitieron a una célula producir el potencial electroquímico de protones a través de la membrana (y que posteriormente puede utilizar la célula para transportar nutrientes de fuera hacia dentro, para generar calor o movimiento, o para producir ATP gracias a la acción de una H+ATPasa).

Para ello el autor repasa brevemente las clasificaciones de los metabolismos. La denominación de los diferentes metabolismos depende de tres variables clasificatorias:

La primera clasificación es por cómo obtiene el organismo su fuente de energía:
  • Fotótrofos: Son los organismos capaces de emplear la luz del Sol como fuente de energía, mediante procesos de fotosíntesis.
  • Quimiótrofos: Son los seres vivos que pueden extraer la energía de ciertos compuestos químicos (orgánicos o inorgánicos) empleando distintas rutas metabólicas.
La segunda es por los tipos de compuestos químicos con los que funcionan:
  • Litótrofos: Moléculas reducidas o ricas en electrones que los transferirán a la maquinaria metabólica durante el proceso. Estas pueden ser compuestos inorgánicos (p.e. H2O).
  • Organótrofos: Moléculas orgánicas que son los sustratos para construir las biomoléculas del ser vivo (p.e. los aminoácidos).
La tercera clasificación es en cuanto a la fuente de carbono del organismo:
  • Autótrofos: si lo consiguen fijando el carbono inorgánico del CO2 presente en la atmósfera o disuelto en el agua.
  • Heterótrofos: si lo obtienen a partir de compuestos orgánicos producidos previamente por otros organismos, o bien, en la Tierra primitiva, aportados por meteoritos o cometas.
  • Mixótrofos: si pueden conseguirlo de una u otra fuente.
Combinando estas tres variables, la denominación global de cada tipo de metabolismo se realiza uniendo los prefijos correspondientes. Actualmente se conocen cinco grupos de metabolismos: foto-lito-autótrofos (p.e. las plantas), foto-organo-heterótrofos (p.e. las bacterias púrpura no del azufre), quimio-lito-autótrofos (p.e. las bacterias oxidadoras del azufre), quimio-lito-heterótrofos (p.e. algunas especies del género Nitrobacter), y por último quimio-organo-heterótrofos (p.e. los animales).

Pero pasemos a los primeros seres vivos. ¿De qué tipo eran en cuanto a la fuente de carbono? Hay discrepancias entre si fueron autótrofos o heterótrofos.

Aunque inicialmente Oparin y Haldane pensaron en un origen heterotrófico, ciertos descubrimientos en los últimos 60 años (como la hipótesis del mundo de hierro y azufre asociado a sistemas hidrotermales submarinos) hacen apoyar la posibilidad de un origen autotrófico de la vida.

La abundancia relativa de los isótopos de carbono presentes en rocas sedimentarias con una antigüedad de 3.800 Ma, encontradas en Groenlandia, podría indicar un sistema biológico de fijación de CO2 ya desarrollado, compatible con un origen basado en quimiolitoautotrofía.

300 Ma después probablemente ya existían células en nuestro planeta, aunque el metabolismo que utilizaban aún es una incógnita.

Pero no se debe excluir la posibilidad de que diferentes tipos de células hubieran explorado simultáneamente las múltiples opciones de aprovechamiento metabólico.

LUCA, el antepasado común

Y llegamos a LUCA (sección que desmonta al peluche que me había imaginado ;)) que es la única línea evolutiva superviviente del proceso de diversificación iniciado en el mundo celular anterior.

Lo sabemos porque las técnicas de filogenia molecular desarrolladas han permitido corroborar que LUCA realmente existió y podemos inferir muchas de sus propiedades. Fue una especie unicelular y sin núcleo definido, que morfológicamente se parecería a los procariotas que conocemos. Ya tenía ribosomas plenamente funcionales y muy parecidos a los actuales, y en él se había consolidado el flujo de información genética como DNA→RNA→Proteínas.

Para saber cómo podría ser el genoma de LUCA, se están comparando todos los genomas completos secuenciados en busca de los genes comunes a los seres vivos pertenecientes a los tres dominios.

Así, en la actualidad se considera que LUCA debería de tener un mínimo de 600 genes, con los cuales sería teóricamente posible construir la maquinaria de replicación (no completa), y de transcripción y traducción (éstas muy completas), además de satisfacer todas las necesidades metabólicas básicas de las células tal como las conocemos, lo que garantizaría su reproducción.

Pero se han considerado células viables con menos de 208 genes. Aunque si realmente existió una especie tan simple, en algún momento anterior a LUCA, tuvo que realizar un recorrido evolutivo largo y complejo (que, entre otras cosas, implicaría triplicar la longitud de su genoma) en el camino hacia nuestro último ancestro común.

En cuanto a sus características metabólicas se asume que LUCA sintetizaba ATP a partir de un potencial de membrana, utilizando una H+-ATPasa similar a las actuales. La mayor parte de expertos se inclinan en que el metabolismo de LUCA fue quimiolitoautotrófico o quimiolitoheterotrófico. Es decir hay dudas sobre la fuente de carbono que utilizaría, pero se cree que obtendría la energía y el poder reductor a partir de compuestos inorgánicos.

Las redes catalíticas implicadas en el metabolismo central de LUCA serían prácticamente las mismas que en todos los organismos actuales.

Existe un amplio consenso sobre el hecho de que hace unos 3.500 Ma nuestro planeta estaba poblado por diferentes especies celulares herederas de LUCA, y que establecían relaciones ecológicas entre sí.

Desde entonces la evolución propició la ocupación del mar, la tierra y el aire por múltiples y diversas formas de vida. Y nuestro planeta ha sido profundamente modificado por esta vida.



Y la cuestión estándar: ¿Qué os ha parecido el capítulo? :) ¿Y LUCA?

¡Que tengáis una feliz semana!

jueves, 27 de octubre de 2016

Orígenes. La vida. Capítulo 6. Compartimento, metabolismo y replicación.

Hola a todos

Me ha gustado este capítulo, además creo que justifica con creces mi tendencia a pensar que los virus no son seres vivos, XD! ¡Mirad la figura 2.9 y luego me contáis! (lo sé, esto es cuestión de gustos, ya lo hemos discutido antes, pero… comparad ese esquema simplificado de solo el metabolismo intermediario de una célula con la frase “el genoma de los virus suele ser compacto y está muy optimizado: por lo general, codifica únicamente su polimerasa, las proteínas de su cápside y las necesarias para realizar funciones esenciales en el ciclo infectivo viral que no sean aportadas por la célula hospedadora”)

Pero que me guste no significa que me haya resultado fácil de leer. Creo que tiene tantas “cosicas” que muchas se me escapan, pero he pillado algunas que me han parecido joyas (me pasó lo mismo en el de química prebiótica y en el de introducción). ¿A cuáles me refiero? A esas que, aunque son simples y lógicas, jamás las había pensado antes.

La verdad es que tiene que ser difícil leer este libro sin formación química y bioquímica previa (yo solo tengo formación química y la verdad es que me cuestan algunas partes). Por ello, en este resumen me he propuesto repasar algunos conceptos que el autor ya introdujo en el primer capítulo (pero tal y como se pueden explicar en los primeros cursos de la E.S.O.) y también he echado mano del resumen que él publicó en un blog del CSIC http://blogs.20minutos.es/ciencia-para-llevar-csic/2015/12/09/el-origen-de-la-vida-cuando-la-quimica-se-convirtio-en-biologia/

Veamos como me sale el experimento. Y si cometo errores decírmelo, que los alumnos no se merecen que les explique mal las cosas. Si no lo veis necesario, podéis pasar directamente al resumen del capítulo.


Resumen introductorio

Una célula actual tiene muchas cosas, pero son partes esenciales y destacables la membrana (formada por lípidos y proteínas), material genético (ácidos nucleicos) y el citoplasma (medio interno líquido de la célula donde “flotan” distintas sustancias químicas y orgánulos membranosos y no membranosos.

En las eucariotas el material genético es ADN y está dentro del núcleo. El ADN es copiado por ARN en el núcleo, ese ARN (mensajero) saca la información del núcleo para la fabricación de las proteínas. Una vez fuera “trabaja” de forma coordinada con otros ARN (el transferente, que porta los aminoácidos que darán lugar a la proteína, y el ribosómico, que coordina y fundamenta la actuación de todo en el ribosoma, el ribosoma es la entidad donde se sintetizan las proteínas).

Las proteínas son fundamentales porque muchísimas de ellas son las que controlan las reacciones metabólicas (las reacciones en un ser vivo). Muchísimas de ellas son enzimas (biocatalizadores) y su importancia es fundamental desde un punto de vista termodinámico y cinético.

Una explicación simple de cómo ocurren las reacciones químicas es la teoría de choques: “las moléculas se mueven y, a veces, al chocar con la suficiente fuerza y por el sitio adecuado, se rompen sus enlaces y se unen de otra manera. La termodinámica nos habla de la estabilidad de los compuestos y de la energía necesaria para que ocurran esas reacciones. La cinética nos habla de la velocidad a la que ocurren esos procesos.

Siendo muy brutos se puede decir que la vida no tiene sentido desde un punto de vista termodinámico (por eso morimos). Entonces ¿cómo es posible? Pues porque los enzimas (muchos de ellos proteínas) “inventan” caminos que desde un punto de vista termodinámico son más fáciles que por los caminos sin catalizar (bajan la energía necesaria para que ocurra la reacción) y porque la cinética de todas las reacciones está “acoplada”, de forma que se mantienen esas moléculas inestables asociadas a la vida el tiempo necesario para sernos útiles y que no degeneren antes (de esta última afirmación jamás me había percatado y es una de esas ideas simples y lógicas que nombraba en los primeros párrafos).

Toda esta “maquinaria” metabólica la mantiene la célula gracias a un consumo de energía (que “obtiene” del exterior) y a un consumo de sustancias químicas (que también “toma” del exterior). Obviamente las sustancias químicas que le “sobran” después de sus procesos son expulsadas al exterior. Otra de las ideas simples y lógicas que me ha gustado de este capítulo es que por la membrana lipídica pueden entrar y salir fácilmente las moléculas pequeñas, pero que las moléculas grandes que se forman en el interior tras el metabolismo ya no salen fácilmente.


Y algo que me ha sorprendido es que yo hago mucho hincapié cuando explico la célula en los hidratos de carbono (en la glucosa) como fuente de energía. Les digo que en la respiración la glucosa libera energía que es captada por las moléculas (la fundamental el ATP) que después la cederá, por cierto muy rápidamente, a las reacciones metabólicas de las que hemos hablado. Me ha sorprendido porque en el capítulo pasa directamente al ATP: imagino que en los estadios iniciales de la vida “la respiración” no es significativa (cosa obvia, porque no había O2, aunque ya me enteraré de si esta suposición es cierta conforme avance el libro).

Como se ha visto en los párrafos anteriores las sustancias químicas de la vida son:

· Los lípidos, cuya función fundamental, desde el punto de vista que aquí nos ocupa, podría decirse que es la formación de membranas; membranas que separan el interior del exterior y que son el soporte para que ocurran los metabolismos (lo de que las membranas son el soporte para gran parte del metabolismo también lo he “aprendido” en este capítulo, ¿o fue en el anterior?)

Los lípidos más interesantes son los anfifílicos, que son los que le confieren propiedades a membrana (doble capa lipídica). Algunos de esos lípidos anfifílicos se pudieron formar sin problemas mediante química prebiótica (no los fosfolípidos actuales pero si otros que pudieron hacer esas funciones de una manera menos eficiente pero en el fondo de una manera “resultona”)

· Las proteínas, cuya función principal, dentro de los intereses del libro, es la catalítica.

Las proteínas son uniones secuenciadas de aminoácidos. Los aminoácidos pudieron surgir en la química prebiótica y algunos de ellos se pudieron unir formando péptidos de cadena aleatoria, algunos de esos péptidos tendrían poder catalítico (pero como vimos, los estudios actuales se inclinan a pensar en el mundo ARN)

· Los ácidos nucleicos, cuya función principal actualmente es la genética (conservar la información y trasmitírsela a las proteínas) y la transportadora de energía, pero que inicialmente también podrían haber desarrollado funciones catalíticas.

Los ácidos nucleicos son agrupaciones de nucleótidos que a su vez tienen bases nitrogenadas. Todos esos componentes pudieron surgir de la química prebiótica y se piensan que “evolucionaron” y generaron un mundo ARN

·Glúcidos, cuya función principal desde el punto de vista de este libro sería la energética (bueno, también son unos constituyentes de los nucleótidos). Aunque esto es una apreciación mía, ya que hasta ahora no han salido mucho y está por ver si es significativa su contribución.

Pero lo fundamental es saber que los más simples pudieron surgir sin problemas en la química prebiótica.

Y hasta aquí el resumen previo al resumen del capítulo. He tenido que revisar estos conceptos para situarme antes de leer y resumir este capítulo. Y sin más rollazo, aquí tenéis el resumen del capítulo “compartimento, metabolismo y replicación”


Resumen del capítulo

El capítulo empieza diciéndonos que, aunque ya hemos hablado de la integración metabolismo-replicación en el Mundo RNA, nos queda una tercera pata para llegar a la complejidad metabólica que existe en la vida: el compartimento.

 Aunque pudo haber momentos donde ese compartimento estuviera presente gracias a "cavidades" minerales, lo que triunfo fueron las membranas. El compartimento es necesario porque garantizan las interacciones químicas entre los distintos productos del metabolismo (ya que no se dispersan). Si no fuera por las propiedades de membrana las moléculas de la vida no se podrían alejar de las condiciones de equilibrio termodinámico, cosa que se consigue gracias a que las cinéticas de las reacciones se acoplan en tiempo y espacio (se facilitan con los enzimas). Así pueden evolucionar metabolitos altamente inestables a compuestos "estables", es decir, suficientemente estables para desarrollar un papel (su papel) en "la fiesta de la vida".
Además las membranas también: son "el soporte" de la captación de energía (y la posterior cesión al metabolismo) y son las responsables del trasiego de sustancias químicas del exterior al interior (y viceversa).


Y ¿por qué triunfó la membrana doble capa lipídica?
Lo primero es que son termodinámicamente estables, no necesitan catalizadores para que ocurran (esto ya se comentó en capítulos anteriores): las micelas evolucionan a vesículas y estás pueden crecer y se parten espontáneamente cuando llegan a un tamaño crítico.
Por otro lado, dejan pasar sin problemas a moléculas orgánicas pequeñas e impiden la salida de moléculas grandes (las sintetizadas por el metabolismo en el interior de las células).
Obviamente al principio estarían formadas por lípidos mucho más simples que los actuales y con péptidos mucho más simples, pero con el paso del tiempo evolucionarían quedándose aquellos que fueran surgiendo y que le confirieran alguna propiedad que les resultara beneficiosa (es decir, de simples y poco específicas a complejas y muy específicas).

Centrándonos en el metabolismo decir que, como los compuesto de la vida no son termodinámicamente estables, tuvo que haber catalización. En el mundo prebiótico vimos que podrían ser átomos metálicos y/o moléculas orgánicas y/o péptidos de secuencia aleatoria. En el mundo ARN pudieron ser los ribozimas. Pero, en la vida, han ganado los enzimas proteicos (enzimas proteicos inicialmente poco efectivos e inespecíficos y, conforme actuara la selección natural, muy efectivos y específicos).

Como detalle (y aunque no lo dice, como recordatorio para los que crean en el diseño inteligente), el autor nos recuerda que "en la fábrica del metabolismo, las cadenas no se han ido construyendo a partir de la elegancia de un diseño ingenieril, sino superponiendo soluciones propias del bricolaje y recurriendo a multitud de parches que funcionaban suficientemente bien como para seguir avanzando".

Como hemos dicho, el metabolismo es algo sumamente integrado (cinéticamente hablando y refiriéndonos a multitud de reacciones acopladas) y por ello sobreviven los productos de la vida (inestables, termodinámicamente hablando). Y para lograr todo esto se tuvo que producir el acoplamiento compartimento-metabolismo (incluyendo dentro del "concepto" compartimento la "captación" de energía del exterior).


Siendo como es tan importante la energía para que pueda existir el metabolismo, el autor nos ofrece la explicación de cómo la membrana es captadora de energía.

Primero hay que tener claro que el flujo de sustancias a través de una membrana semipermeable libera energía y es espontaneo si ocurre favor del gradiente de concentración (intenta igualar las concentraciones pasando sustancias).

Pero veamos la captación de energía para el metabolismo. Hemos dicho que la membrana capta energía, pues bien, esa energía es usada por la membrana para expulsar H+ y Na+ de la célula. Entonces, como aumenta el gradiente más de lo que ya está (porque como se explicará más adelante con el ejemplo del H+ existen más fuera que dentro siempre) al entrar Hse libera una energía que puede utilizarse para introducir una sustancia que no tenga tendencia a entrar, para mover un flagelo... o para fabricar ATP (la figura 2.8 del libro sintetiza estas ideas). Esa molécula de ATP es la que "lleva" la energía a las reacciones metabólicas, evolucionando a ADP que posteriormente, por un mecanismo como el que hemos dicho, generará nuevos ATPs. Todo esto es posible por la existencia de complejos enzimáticos (que inicialmente serían más simples) en la membrana.

El autor nos explica que el ATP está en todos los seres vivos (células) y que posiblemente triunfó porque su monómero soporta mejor los ultravioletas. Pero también nos indica que se han propuesto otras moléculas más simples que pudieron actuar de igual forma inicialmente antes que el ATP, uno de ellos habla de una molécula muy simple (anión pirofosfato) y otro asociado al grupo funcional -S-CO- (que también está presente en todos los seres vivos actuales)

También el autor nos dice que los H+ y Na+ son más abundantes en el exterior que en el interior. ¿Por qué? Posiblemente hay más Na+ porque fueron expulsados y así se impidió que entrara agua en la célula para diluir la alta concentración de sustancias químicas existente en ella (el agua tiende a entrar por efecto osmótico, fenómeno a favor del gradiente). Si no existiese ese fenómeno las proto-células hubieran reventado. Además, coordinadamente con la salida de Na+, entrarían K+ porque habría un desequilibrio eléctrico (esto también justificaría porque hay más K+ en el interior celular). Es decir, que todo está interrelacionado.

Y una vez deja claro que el metabolismo complejo está integrado con la membrana, habla de la integración de las tres cosas y los posibles modelos. Dice que los modelos tienen que cumplir compartimentos separados, metabolismos primitivos y moléculas genéticas (probablemente la primera fuera ARN).
Nos recuerda que como vimos en el mundo ARN la integración del metabolismo primitivo y de la replicación temprana no tienen porque ser incompatibles. Añade que si estuviera compartimentado podrían haber salido proteínas que finalmente dieran como resultado versiones más modernas de aquel metabolismo primigenio. Los modelos actuales de integración siguen distintos esquemas, pero todos análogos a los de estos tres ejemplos:
· Compartimento -> C + Metabolismo -> C + M + Replicación
· Compartimento -> C + Replicación -> C + R + Metabolismo
· Replicación -> R + Compartimento -> R + C + Metabolismo


El esquema que en la actualidad más consenso tiene sale en la figura 2.10. Además el autor deja claro que se pudieron formar otras ramas de la vida (e incluso diversificarse) distintas de la rama LUCA. Yo como dije en capítulos anteriores veo esto cada vez más difícil (pero yo no cuento porque son apreciaciones sin fundamento).

Por último hay dos subcapítulos que hablan de líneas de investigación que se apartan en cierto sentido de lo que hemos visto antes.
El primero habla de la química de sistemas y de que intentan generar la integración de los tres subsistemas simultáneamente desde la química prebiótica. Habla de dos o tres investigaciones pero destaca aquellas que parten de H2S y de HCN (o de HCN y Fe que formaría después el H2S) porque estarían presentes en las condiciones de la Tierra bombardeada por meteoritos y porque han logrado péptidos, ácidos nucleicos y lípidos (los precursores de los tres subsistemas). Al terminar indica que aunque es sugerente de momento no se ve muy factible el camino "simultáneo".
Y finalmente analiza que gracias a la manipulación genética se están aproximando a la vida sintética y que esto puede darnos muchas pistas de cómo surgió la vida. Nos indica que la investigación más prometedora ha sido meter en vesículas autoensambladas ARN, ADN o ácidos nucleicos artificiales y que se generen proto-células que son capaces de crecer y dividirse (buscándose ahora que estás proto-células sean metabólicamente viables y se autoreproduzcan).



Despedida y cierre

Pues aquí os dejo esto. De resumen tiene poco, la verdad.


Solo me gustaría que si he entendido algo mal, cosa bastante probable ya que no soy bioquímico ni biólogo, me lo digáis para que lo arregle y para que me entere yo mejor.

Saludos.