domingo, 14 de agosto de 2011

Origen y evolución celular



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La utilización del microscopio permitió a los biólogos diferenciar dos tipos de células: las eucarióticas y las procarióticas. Entre ambas hay diferencias estructurales muy importantes, pero a pesar de ello, los mecanismos moleculares básicos que rigen la vida en los dos tipos de células son los mismos, lo que implica que proceden de un antecesor común conocido como LUCA (del inglés, Last Universal Cellular Ancestor).

Celula

- El comienzo de la vida


Según los cálculos más modernos, la Tierra se formó hace unos 4500 M.a., y la aparición de la vida ocurrió aproximadamente hace 3800 M.a. La explicación de cómo apareció resulta especulativa, ya que las condiciones reinantes en la atmósfera primitiva no son exactamente reducibles en un laboratorio. No obstante, se han realizado experiencias para dar una explicación de los distintos pasos ocurridos hasta que surgió la vida; estas experiencias integran la denominada química prebiótica.

En 1922, los bioquímicos A. L. Oparin y J. B. S. Haldane formularon simultáneamente hipótesis sobre los procesos de evolución química que debieron producirse durante el origen de la vida. Según ellos, las moléculas orgánicas podrían formarse con los gases de la atmósfera (hidrógeno, metano, amoniaco y vapor de agua), que reaccionarían entre sí gracias a la radiación solar. Estas nuevas moléculas orgánicas caerían a los océanos formando lo que llamaron "caldo nutritivo" o "sopa primitiva". Las moléculas se irían asociando entre sí formando unos agregados o coacervados -que serían, en realidad, coloides proteicos-, y se produciría una selección natural en virtud de la cual los coacervados con capacidad de autosíntesis evolucionarían hacia formas más estables y completas.

La hipótesis de Oparin y Haldane fue, en parte, confirmada por el trabajo experimental de Stanley L. Miller (1930-2007). En los años cincuenta del siglo XX, Miller era un joven químico que trabajaba en la Universidad de Chicago bajo la dirección de H. C. Urey, nobel de química en 1934. Miller demostró en el laboratorio, utilizando un aparato ideado por él, la posibilidad de que se formaran espontáneamente moléculas orgánicas. Para ello, hizo pasar vapor de agua a través de un recipiente de cristal que contenía una mezcla de gases semejantes a la existente en la atmósfera primitiva: metano, amoníaco e hidrógeno. Al mismo tiempo, provocó en su interior una descarga eléctrica. El resultado fue la formación de moléculas orgánicas como el ácido aspártico, ácido glutámico, ácido acético, ácido fórmico, urea y aminoácidos como la alanina y la glicina.

- Las primeras células


El siguiente paso evolutivo tendría que ser la formación de macromoléculas. Se demostró que calentando mezclas secas de aminoácidos, estos se polimerizaban y formaban polipéptidos. Sin embargo, para que una macromoléculas pudiera estar implicada en los procesos vitales, tendría que tener capacidad para autorreplicarse, ya que según Geoffrey M. Cooper (1997): "Solamente una macromolécula capaz de dirigir la síntesis de nuevas copias de sí mismo podría ser capaz de reproducirse y posteriormente evolucionar".

De las macromoléculas conocidas hoy día, solo los ácidos nucleicos son capaces de autoreplicarse. A principios de la década de 1980, Altman y Cech demostraron que el ARN es capaz de catalizar una serie de reacciones, incluida la polimerización de nucleótidos. "El ARN era por tanto, la única molécula capaz de servir como molde para catalizar su propia replicación". Este primer ARN enzimático, capaz de autoreplicarse, recibió el nombre de ribozima.

Actualmente, está admitido que el ARN constituyó el primer sistema genético y, por tanto, existió un "mundo de ARN" en el que se debieron dar importantes pasos en la evolución química, basados en la propia replicación de las moléculas de ARN. El concepto del "mundo del ARN" fue acuñado por el Premio Nobel norteamericano W. Gilbert en 1986. Lo que llmaríamos primera célula estaría formada por su ARN autorreplicativo, rodeado de una membrana compuesta por fosfolípidos. El ARN encerrado por esta membrana produciría su propia replicación y la síntesis de proteínas, formando el modelo celular más sencillo y primitivo.

- Otras teorías sobre el origen de la vida


Una de las teorías sobre el origen de la vida es la denominada teoría de la panspermia. Según esta teoría, la vida sobre nuestro planeta procedería de moléculas orgánicas procedentes del polvo interestelar cósmico, presente en los meteoritos que impactaron en la Tierra primitiva. Otra propuesta que cuenta con bastantes seguidores es la de considerar que antes del "mundo de ARN" debió existir un "mundo pre-ARN", representado por la molécula PNA (Ácido Péptido Nucleico), similar al ARN.

Dentro de las propuestas que se han realizado, una de las más llamativas -por su originalidad y carácter revolucionario- es la planteada por Cairns-Smith (Universidad de Glasgow) sobre la existencia de una vida inorgánica previa a la orgánica que conocemos. Esta vida inorgánica procedería de "arcillas" que habrían actuado como catalizadores, formando en su superficie moléculas de naturaleza orgánica.

Wachterhaüser, en 1980, propuso la teoría del hierro-sulfuro. Se fundamenta en la existencia de chimeneas hidrotermales en los fondos oceánicos que emiten aguas sulfurosas a elevadas temperaturas. En estas zonas, existen minerales de sulfuro de hierro y níquel que pudieron catalizar la formación de las primeras biomoléculas. Sea cual sea la teoría más aceptada, toda la comunidad científica está de acuerdo en que en algún momento (probablemente en el "mundo del ARN") tuvo que ocurrir el proceso de "celularización" que diera lugar a la célula más primitiva.

- La teoría endosimbionte


Carl Woese (1980) denominó progenote o protobionte al antepasado común de todos los organismos y representante de la unidad viviente más primitiva, dotada ya con mecanismos de transcripción y traducción genética. De este tronco común (hoy llamado LUCA) surgirían en la evolución las células procarióticas (sin núcleo diferenciado), que comprenderían las arqueobacterias (extremófilas) y las eubacterias (las más conocidas). Posteriormente, aparecerían las células eucarióticas, ya dotadas de núcleo.

Lynn Margulis, en su teoría endosimbionte (1967), propone que las células eucarióticas se originaron a partir de una primitiva célula urcariota, que en un momento englobaría a otras células u organismos procarióticos, estableciéndose entre ambos una relación endosimbionte.