Érase una vez: el mundo de ARN

Este ha sido un tema que siempre me ha apasionado desde que lo conocí cuando estudiaba Biología en la universidad, la posibilidad de saber qué hubo en ese caldo primigenio de la Tierra tras su formación, y que dio origen a la aparición de la vida. Con esta entrada veremos los descubrimientos científicos que han llevado a postular las diferentes teorías que tratarían de explicar este hecho, además del avance que supuso darle el papel protagonista al ácido ribonucleico (ARN) como iniciador de la vida.

Las dos teorías que se postulan para tratar de dar respuesta a esta pregunta son:

  1. Replicador primordial: en la que una molécula autorreplicante, como el ARN, se habría formado por casualidad. Para ello habría que explicar la formación de esta molécula tan compleja.
  2. Metabolismo primigenio: donde un sistema de moléculas formaría una red de reacciones químicas con capacidad de evolucionar. Los defensores de esta teoría deben demostrar cómo se establecieron este tipo de reacciones en la joven Tierra.

Dos modelos sobre el origen de la vida (pulsa sobre la imagen para saber más)

 ¿Cómo se desarrolla esta teoría?

Recientemente, se ha cumplido el 50 aniversario del desarrollo de esta teoría propuesta por Alex Rich, quien postuló que hubo un tiempo en el que el ARN dominaba nuestro mundo, y que con su capacidad catalítica y genética pudo dar origen a la vida.

Volviendo a recordar las clases de zoología en la universidad, surge la famosa pregunta que todos hemos oído alguna vez: ¿qué fue primero, el huevo o la gallina? La respuesta aquí es fácil en términos evolutivos, ya que el huevo aparece como una adaptación de los reptiles al medio terrestre hace unos 325 millones de años. Y las aves aparecerán 189 millones de años después. Podemos formular la misma pregunta con el ADN y el ARN.

Desde que Watson y Crick desvelaran la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN), se postuló que éste pudo ser la molécula primordial que apareció y el representante de la primera forma de vida en la Tierra primitiva. Con el paso del tiempo y con el avance de la ciencia se pudo comprobar que para que el ADN pudiera replicarse, era necesaria la participación de otras proteínas y macromoléculas. Por ello surgió la idea de que el ARN pudo ser esa molécula primordial, ya que desempeña numerosas funciones celulares, y además está formada por el ensamblaje de nucleótidos, como el ADN.

En los años 80 se descubrió una molécula de ARN con capacidad catalítica, las ribozimas, similares a las enzimas. Con esto se podría dar solución a la pregunta del huevo y la gallina, postulando que la vida comenzaría con la aparición de la molécula de ARN autorreplicante.

¿Cómo pudo aparecer el ARN?

Aquí llega la parte más química de la entrada. En la literatura podemos encontrar que la atmósfera primitiva estaba formada por CO2, H2O, N2 y algunos hidrocarburos reducidos como el CH4. Y si a ello sumamos las descargas eléctricas y la irradiación ultravioleta, pudo formarse formaldehído (HCHO) y cianuro de hidrógeno (HCN). Las rocas que había en la superficie de la Tierra primitiva pudieron actuar como ambientes reductores sobre éstas moléculas y con las reacciones químicas de aquel ambiente prebiótico, pudieron dar lugar a la síntesis de nucleótidos y otras moléculas orgánicas. Hace un tiempo escribí una entrada sobre la importancia de los minerales y el origen de la vida (aquí).

Aún hoy día hay misterios a cómo pudo aparecer, pero los científicos siguen trabajando duro para intentar dar con la solución. Por ejemplo, en 2009 en el Laboratorio de Biología Molecular de John Sutherland en Reino Unido se pudo demostrar la formación de citosina y uracilo a partir de moléculas prebióticas similares a las que pudieron haber en la Tierra primitiva, como se ha visto anteriormente. Y que la formación de la ribosa, que conforma el esqueleto del ARN, pudo derivar del gliceraldehido y glicolaldehido, moléculas derivadas del HCN. En cuanto a la adenosina y guanosina, aún falta por saber cómo se formaron en las mismas condiciones prebióticas.

El siguiente reto es saber como se ensamblan estas moléculas para formar el ARN. Como podéis ver en la imagen el ensamblaje se produce a través de los enlaces fosfodiéster 3′-5′. En el laboratorio se ha podido generar ARN in vitro, donde se ha obtenido una mezcla en el ensamblaje a través de los carbonos 2′-5′ y 3′-5′.

Otros investigadores apoyan la idea de que el ARN que conocemos, difería mucho del que dominaba la Tierra hace millones de años, y que éste evolucionó de precursores moleculares anteriores a lo que sería el mundo de ARN. Ellos lo llaman proto-ARNs, que formarían moléculas rudimentarias capaces de almacenar información genética.

Como conclusión final a lo que pudo haber pasado hace millones de años con la aparición de la vida, la teoría de que el ARN pudo dominar el mundo es muy sólida, ya que hay un sinfín de experimentos que la apoyan, y que tarde o temprano se desvelará este secreto y se conocerán las moléculas que participaron en su ensamblaje. Y que posiblemente, pudo dar origen a una ribozima con la capacidad autorreplicante para dar lugar al ARN, ADN y proteínas. Se que es un tema bastante complicado de enfocar, pero espero haber podido plasmar la idea principal de esta entrada.

Esta entrada participa en la Edición XXXIV del Carnaval de Química cuyo anfitrión es Jesús Garoz Ruiz (@JesusGarozRuiz) en su blog moles de química.

Esta entrada  participa en la XXX edición del Carnaval de Biología que acoge Activa tu Neurona.

 

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14 Respuestas a “Érase una vez: el mundo de ARN

  1. Muy buena entrada compañero. Desde luego este tipo de teorías son muy interesantes. El problema es que no podemos demostrarlas porque por muchas evidencias que tengamos al respecto y por mucho que sea factible, nunca sabremos con certeza que había o no ni en que concentraciones, en el origen de la vida. Mas aún si tenemos en cuenta que la lluvia de meteoritos que trajo “supuestamente” el agua a la tierra pudo venir cargada de macromoléculas.

    Una cosa que no estoy de acuerdo, por parcial, es que las teorías de metabolismo primigenio (porque no es una sola teoría) no siempre implican compartimentalización y por otro lado, no descartan la participación del ARN en ese metabolismo. Lo digo por ejemplo por la teoría tan elegante y plausible de Wächtershäuser y Claudia Huber de la aparición de vida sobre superficies de pirita en los fondos marinos. Es metabolismo primigenio, no implica compartimentalización y no descarta el ARN como participante, pero si como protegonista.

    En cualquier caso no hay duda de que la bioquímica estaba antes que la biología y que el ARN es previo al ADN.

    Lo dicho, buen trabajo.

    • Muchas gracias por tu comentario. Sinceramente no me sonaba la teoría de Wächtershäuser, buscaré información para completar la entrada que escribí hace un tiempo. Y como dices, con la teoría de la panspermia daría para otra entrada :-). Un abrazo campeón!

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  4. Gran aporte Sergio. Muy breve y conciso!

    Solamente una duda: según el primer modelo, el primer ARN autoreplicante se formaría porque se irían uniendo nucleotidos de forma azarosa hasta dar lugar a un posible ARN capaz de autoreplicable que ya seguiría la evolución que conocemos….pero no entiendo cómo se puede formar una molecula LARGA necesaria porque una molecula de ARN larga es mas inestable que una corta, con lo cual, la primera molecula necesaria para irse formando necesitaría “ir creciendo” pero esto no seria lógico ya que por termodinamica, la molecula NO TENDERIA A CRECER SINO A MENGUAR ¿en que me equivoco?

    Gracias y un abrazo

    @Doc_Doofenshmir

    • Muchas gracias @Doc_Doofenshmir. La verdad es que es bastante complejo lo que planteas. Pienso que pueden influir varios factores que en aquellos tiempos remotos pudieron favorecer la reacción química como: las condiciones de la temperatura, pH del medio donde se producía la reacción, participación de minerales que estabilizaran la reacción y que eso hicieran termodinámicamente favorable la síntesis del ARN. O que simplemente hubiera otro tipo de molécula precursora al ARN y que evolucionara posteriormente. Espero haberte respondido más o menos, y seguro que alguien aportaría más cosas 🙂

  5. Gran post Sergio. Como siempre, en la línea que nos tienes acostumbrados. Un tema tan interesante como difícil de abordar, y tú lo has hecho muy bien. Enhorabuena por el post! Un abrazo 🙂

    • Gracias Toñi, me ha costado bastante sintetizar sobre el tema. Pero siempre estáis vosotros para aportar más cosas. Me alegro que te animaras a empezar un blog 🙂

  6. Pingback: ¿Con qué sueñan las ovejas? | ACTIVA TU NEURONA·

  7. Madre mía he reconocido la imagen del ARN del libro Santillana nada más verla!!! yo también tuve ese libro en segundo de bachiller, y estoy encantada con ese libro, de hecho es como “mi biblia” jajaja, de vez en cuando aún lo saco y leo algunos temas, creo que lo explica de una manera muy sencilla y los gráficos eran muy buenos =), vamos que me ha hecho mucha ilusión ver que no soy la única que tiene ese libro aún.

    Acerca de la entrada ¿qué voy a decir? pues que me encanta, ya que soy una amante de la genética, y también de la evolución. Me encanta pensar como hemos ido evolucionando, y claro el origen de todo esto es por el ARN!!! impresionante ver como de algo tan insignificante hemos llegado hasta donde hemos llegado 😉 pero lo mejor de todo es poder conocer toda esta historia, comprenderla y compartirla =)

    Un saludo

  8. ¡Buenas noches Sergio!

    Estoy haciendo el resumen de la Edición Selenio del Carnaval de Química y quiero aprovechar para darte las gracias por la contribución. Es un tema apasionante y, para mí al menos, un tanto desconocido. Al final te pones a pensar y todo viene de compuestos “básicos” que han ido evolucionando a lo largo del tiempo. Y me pregunto si dentro de millones de años, los compuestos actuales que en ocasiones somos incapaces de estudiar, ¿serán considerados sencillos?

    Un saludete Sergio y gracias, como siempre,
    Jesús

  9. Pingback: Retransmisión de la #EdiciónSé del Carnaval de Química. Primera parte del partido | moles de química·

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