Escutoides, o el día que los biólogos sorprendieron a los físicos

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 5 de agosto de 2018

La estructura de
un par de  escutoides

En todos lados hay jerarquías, justificadas o no. Hasta en las ciencias. Por eso los físicos tienden a sentirse superiores a los biólogos (y a los químicos), y los matemáticos a todos ellos.

Abundan los aspectos de la biología que son explicados y hasta predichos gracias a principios físicos (el grosor de las patas de elefantes y dinosaurios, digamos, comparado con las de los insectos) o matemáticos (por qué las conchas de los caracoles forman precisamente esas espirales y no otras).

Pero el pasado 27 de julio se publicaron los resultados de una investigación que descubrió, a partir de la biología, nada menos que una nueva forma geométrica, un sólido tridimensional nunca antes conocido, que resulta vital para entender el desarrollo de los seres vivos, y les da algo nuevo que estudiar a matemáticos y físicos.

En un simpático artículo en el diario El País Clara Grima, matemática de la Universidad de Sevilla y una de las investigadoras que participaron en el descubrimiento, cuenta con mucha gracia la historia.

Resulta que sus colegas Luis Manuel Escudero y Alberto Márquez, junto con ella misma, estaban tratando de explicar qué forma tienen las células que conforman uno de los tejidos más comunes en los animales, el epitelial. Los epitelios son los tejidos que recubren todas las superficies de nuestro cuerpo, incluyendo no sólo la piel sino las mucosas en la superficie de las cavidades del cuerpo (boca, intestino…) y nuestros órganos internos.

El esquema clásico de libro de texto
que muestra las células epiteliales
como prismas y pirámides
(Fuente: Nature communications)

Los epitelios están formados por una o varias capas de células paralelas que están unidas estrechamente. Por ello, se suponía –y así aparece hoy en todos los libros de texto– que estas células tenían forma de prismas, en epitelios planos, o de pirámides truncadas, en epitelios curvos, con bases pentagonales o hexagonales. Algo semejante a los prismas basálticos que existen en San Miguel Regla, en el Estado de Hidalgo.

Células epiteliales con
forma de escutoide,
que muestran cómo las
caras que están en contacto
varían entre la superficie
superior e inferior

Pero tanto las observaciones como los modelos en computadora de los investigadores indicaban que si las células tuvieran estas formas sencillas, no podrían formar tejidos compactos y flexibles sin dejar espacios. Es más, sus modelos predecían que las células deberían tener una forma extraña, en la que la base de un prisma podía ser hexagonal por abajo y pentagonal por arriba. Cuando examinaron con más cuidado sus tejidos (de glándulas salivales de mosca), descubrieron que, efectivamente, las células de los epitelios curvados adoptaban esa forma.

El escutelo del escarabajo
Protaetia speciosa

Intrigados, contactaron con matemáticos para preguntarles cómo se llamaba esa figura, y descubrieron que no tenía nombre. Así que, como homenaje a Escudero, decidieron llamarla “escutoide” (aunque luego justificaron el nombre aludiendo a que la forma recuerda al “scutum” –escudo– que aparece en la caparazón de ciertos escarabajos). Al final en la investigación, publicada en la revista Nature Communications y titulada “Escutoides: una solución geométrica al empaquetamiento tridimensional de los epitelios”, participaron 16 autores: además de los investigadores de la Universidad de Sevilla, incluyó a colegas ingleses y estadounidenses, entre los que había biólogos moleculares, matemáticos, físicos y especialistas en ingeniería biomolecular.

Entonces, ¿qué forma tiene un escutoide? Pues es un prisma o pirámide truncada una de cuyas bases es hexagonal y la otra pentagonal, por lo que obligadamente una de sus aristas tiene la forma de una letra Y. (Mucha gente dice que parecen unos saleros de diseñador… seguramente pronto habrá quien los saque a la venta.)

¿Por qué necesitan las células adoptar formas tan complejas? Es un asunto de biología, física y matemáticas. El cuerpo animal se desarrolla a partir de una sola célula, el óvulo fecundado, que se va multiplicando y luego forma capas que darán origen a los distintos tejidos y órganos del cuerpo. Uno tiende a imaginar a las células como simples bolsitas más o menos esféricas llenas de citoplasma. En realidad, conforme las células de un epitelio crecen, van ocupando más espacio pero están limitadas por sus vecinas. Por eso, el escutoide es la forma geométrica que les permite ocupar de manera más eficiente todo el espacio disponible sin dejar huecos –requisito indispensable para que el epitelio pueda cumplir su función de barrera– y al mismo tiempo poder formar tejidos curvos y flexibles (cosa que no sería posible sólo con prismas o pirámides truncadas, y menos con esferitas).

En última instancia, se trata de un problema de física: el escutoide es la forma que reduce al mínimo la superficie celular y por tanto la energía que necesitan las células para formar el epitelio. (Algo similar sucede, por ejemplo, con las burbujas: la forma de mínima energía para una burbuja aislada es una esfera, pero muchas burbujas adheridas una con otra, como ocurre en la espuma, adoptarán formas tipo escutoide.)

El descubrimiento de los escutoides dista de ser sólo una curiosidad: su estudio permitirá entender mucho más detalladamente el desarrollo de los tejidos durante el crecimiento de los seres vivos, y quizá desarrollar métodos de análisis para detectar, por ejemplo, crecimientos anormales. Además, podría ser útil en la naciente tecnología de cultivo de tejidos y órganos. Y podría tener aplicaciones fuera de la biología, por ejemplo en la ingeniería y el diseño, para proyectar materiales, edificios o empaques más resistentes y eficientes. Y, en matemáticas, quizá para abrir nuevas líneas de investigación en geometría. Todo a partir de unos biólogos que querían entender cómo se agrupan las células del epitelio del glándula salival de una mosca.

Así que la próxima vez que alguien le hable de investigación interdisciplinaria, sólo recuerde a los escutoides de los que están hechos nuestros tejidos.

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El misterio de la mitocondria ancestral

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 6 de mayo de 2018

Las mitocondrias son uno de esos conceptos que se prestan a burla. Todos oímos hablar de ellas en clase de biología, pero la mayoría de nosotros no recordamos gran cosa sobre el asunto. Excepto por una frase, tan trillada que se ha convertido en un meme de internet: “las mitocondrias son las centrales energéticas de la célula” (por ejemplo, “lo único útil que aprendí en la escuela es que las mitocondrias son las centrales energéticas de la célula”, o “¿alguna vez miraste a tu novio y pensaste que las mitocondrias son las centrales energéticas de la célula?”).

Lo cierto es que son organelos celulares de gran importancia, porque realizan una función esencial que, en efecto, tiene que ver con la energía: oxidar los alimentos –como los azúcares– para, al romper los enlaces químicos que unen los átomos que los forman, y combinarlos con oxígeno, liberar energía química que luego se usará para impulsar el metabolismo. (Los más nerds entre mis lectores recordarán incluso que esta energía se almacena temporalmente en forma de moléculas de trifosfato de adenosina, o ATP, “la moneda pequeña de la célula”, para usar otra frase trillada de la clase de biología.)

Pero en realidad el atractivo de las mitocondrias es que, por un lado, son visual y estructuralmente intrigantes, con su aspecto de pequeñas salchichas que nadan dentro de la célula, las dos membranas que las envuelven, lisa la externa, rugosa la interna, y por su relativa independencia, al tener su propio pequeño genoma, separado del que aloja en el núcleo celular, y su propio ritmo de división. Y, por otro lado, y principalmente, por su origen, pues desde hace ya varias décadas se sabe que las mitocondrias fueron inicialmente bacterias de vida libre que penetraron en otras células y formaron una relación de simbiosis con ellas para dar origen a las primeras células complejas –eucariontes–, como las de animales y plantas (además de hongos y protozoarios).

La idea del origen de las células eucariontes mediante “simbiogénesis”, que iba en contra de lo que siempre se había creído, fue formulada inicialmente en 1905 por el botánico ruso Konstantin Mereschkowski (o Merezhkovski). Pero fue la bióloga estadounidense Lynn Margulis quien, a partir de la década de los 60, ayudó a popularizarla y, sobre todo, a sustentarla con evidencia y argumentos evolutivos. Hasta que, a finales de los 80, la idea pasó a formar parte del consenso de la comunidad científica.

Desde entonces se ha buscado identificar exactamente qué bacterias pudieron ser los ancestros de las modernas mitocondrias. Para ello se ha comparado la morfología, fisiología, bioquímica y genética de las mitocondrias con las de diversas bacterias. Hoy se acepta generalmente que surgieron hace unos dos mil millones de años a partir de la clase de las alfaproteobacterias. Y, más específicamente, a partir del orden de las rickettsiales, bacterias que, como los hipotéticos ancestros de las mitocondrias, viven como endosimbiontes dentro de otras células (endos, dentro).

Sitios de muestreo y árbol genealógico
 construido por los investigadores (Fuente: Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0059-5)

Pero hoy tenemos métodos más modernos y poderosos para estudiar la evolución y clasificación de los seres vivos. El pasado 3 de mayo la revista científica Nature publicó un artículo firmado por Thijs Ettema y su equipo, de la Universidad de Uppsala, Suecia, donde explican cómo tomaron muestras de ADN ambiental microbiano de cinco sitios de los océanos Pacífico y Atlántico, a profundidades que van de 100 a 5 mil metros, y realizaron análisis metagenómicos –es decir, de todo el ADN disponible, que incluye los genomas de todas las especies presentes. En particular, se concentraron en los genes del ADN ribosomal, que contiene la información para fabricar las moléculas que forman el ribosoma, un organelo especialmente útil para estudios evolutivos porque está presente en absolutamente todos los seres vivos). A partir de ello, mediante complejos métodos computarizados, lograron construir un nuevo árbol genealógico de las alfaproteobacterias.

El resultado: en este nuevo árbol, las mitocondrias no quedarían clasificadas dentro de las alfaproteobacterias, sino en una rama paralela, como “hermanas” de todas ellas, y su origen podría ser aún más antiguo de lo que se pensaba. En este nuevo esquema, mitocondrias y rickettsiales, a pesar de sus similitudes, no formarían parte de la misma familia, sino que habrían tenido orígenes evolutivos paralelos.

Como siempre, los científicos disfrutan investigando misterios dignos de un detective. Y como siempre, la tecnología les ofrece nuevas maneras de hacerlo. Por cierto, en una fecha significativa, pues las mitocondrias inspiraron a los infames “midichlorians” de la saga de Star Wars, cuyo día se celebró el pasado 4 de mayo (“may the fourth…”).

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Arqueología de la fotosíntesis

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 5 de noviembre  de 2017

La fotosíntesis

Es casi un lugar común comparar la labor de los investigadores científicos con la de un detective. Sin embargo, es una comparación muy útil, pues en ambos oficios lo que se busca es descubrir la solución a un enigma.

Y uno de los enigmas más antiguos en biología, aparte de la aparición misma de la vida, es cómo pudo surgir el proceso que permite a los organismos tomar la energía del sol para, transformándola en energía química, fabricar los compuestos orgánicos que dan sustento a prácticamente todos los ecosistemas terrestres.

Es bien sabido que el proceso bioquímico que hace esto posible es la fotosíntesis: las plantas toman dióxido de carbono y agua de la atmósfera y, con ayuda de los fotones que captura el pigmento llamado clorofila, que se halla en los cloroplastos de sus hojas, los transforman en azúcares o carbohidratos (que luego el metabolismo celular puede transformar en muchos otros compuestos necesarios para la vida). Como producto secundario, el proceso produce oxígeno que se libera a la atmósfera. Básicamente, la fotosíntesis transforma aire en tejido orgánico y oxígeno, con ayuda de la energía solar.

Sistemas de reacción fotosintéticos de una planta

Lo que es menos sabido es que no sólo las plantas realizan la fotosíntesis: también muchos tipos de microorganismos evolutivamente más antiguos, como algas y algunas bacterias. La fotosíntesis en todos ellos se basa en ciertas proteínas llamadas “centros de reacción” o “fotosistemas” que contienen los pigmentos fotosintéticos (clorofilas, porque las hay de varios tipos, y carotenoides) y muchas otras moléculas. Cuando un fotón solar es absorbido por éstos, excita un electrón del pigmento, que puede entonces moverse a otra molécula, y luego a otra en una cadena dentro del centro de reacción, liberando energía en cada paso. En algunos de estos pasos, la energía se utiliza para llevar a cabo reacciones químicas que, en última instancia, llevarán a producir los compuestos necesarios para captar el dióxido de carbono, romper la molécula de agua, combinarlos y fabricar así carbohidratos.

¿Cómo surgió, evolutivamente, un proceso tan complejo y eficiente como la fotosíntesis? Durante décadas, los bioquímicos y biólogos moleculares han estado intentando descubrirlo a través de los estudios de evolución molecular, que se basa en comparar la estructuras de proteínas (o las secuencias de información contenida en los ácidos nucleicos, que determinan cómo se fabrican las proteínas) de distintos organismos, para tratar de hallar las relaciones evolutivas entre éstos y poder reconstruir así su historia.

El fotosistema de
Heliobacterium modesticaldum

Pues bien: en julio pasado, un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona, en Estados Unidos, publicó en la prestigiosa revista Science el análisis detallado de la estructura molecular de centro fotosintético de reacción de Heliobacterium modesticaldum, la bacteria fotosintética más simple que se conoce hasta ahora, descubierta en los géiseres de Islandia en los años noventa. Lo lograron utilizando la técnica de cristalografía de rayos X, que les permitió determinar la posición de cada átomo en la proteína con una precisión de 2.2 diezmillonésimas de milímetro.

Lo que hallaron fue un sistema fotosintético extremadamente simple, formado por dos subunidades idénticas. Esto es muy diferente a lo que existe en especies más modernas, que tienen subunidades distintas (son “asimétricos). Además, la heliobacteria no puede usar dióxido de carbono como materia prima para la fotosíntesis, y no sólo no produce oxígeno (muchos otros tipos de fotosíntesis tampoco lo hacen), sino que el oxígeno es mortal para ella (lo que dificultó mucho cultivarla para poder realizar los estudios).

En pocas palabras, el centro de reacción de esta bacteria es un fósil molecular que es lo más parecido que tenemos a lo que tuvo el primer organismo fotosintético que surgió en el planeta, hace unos tres mil millones de años.

Pero los detectives moleculares no están satisfechos: seguirán investigando hasta descubrir más pistas que permitan reconstruir el complicado árbol genealógico de la fotosíntesis, y resolver así el misterio que los inquieta.

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La Muerte

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 29 de octubre  de 2017

La Muerte, esa señora tan Catrina y elegante que concibió Posada y popularizó Rivera, está siempre presente en la cultura de los mexicanos. Y sobre todo en estas fechas, a través de costumbres y ritos milenarios (altares, panes de muerto) o recientísimos (desfiles surgidos a raíz de una película de James Bond).

Pero su presencia se ha sentido mucho más luego de los sismos que nuestro país padeció en septiembre pasado. Y ha hecho renacer en muchos de nosotros inquietudes, insomnios y temores que normalmente logramos soslayar.

Dice Fernando Savater que un niño se convierte verdaderamente en un ser humano cuando, quizá en una noche de insomnio, y a causa quizá de la muerte de una mascota, o de la abuelita, se da cuenta súbitamente de que también él va a morir: de que es mortal. Es la conciencia de nuestra propia mortalidad la que nos hace humanos. Pero al mismo tiempo, dicen otros pensadores cuyos nombres ahora se me escapan, es nuestra capacidad de olvidarnos de ello, es decir, de evadir en la vida diaria la certeza de nuestra mortalidad, lo que nos permite seguir viviendo sin volvernos locos de angustia existencial. Los sismos vinieron a dar al traste con esta estrategia de cordura y supervivencia, y a recordarnos que somos mortales.

Cuando uno es científico tiende a buscar, si no consuelo –que para eso suelen ser mucho mejores la filosofía o la religión–, al menos una mejor comprensión de las cosas a través de lo que nos dice la ciencia (los científicos tenemos exacerbada esa natural tendencia humana a no sentirnos cómodos con algo que no entendemos).

¿Qué nos dice respecto a la muerte? En primer lugar la obviedad de que es parte del ciclo de la vida. Así como nacemos, todos morimos. Y probablemente eso está bien: basta pensar qué pasará si la ciencia médica logra su largamente acariciado objetivo de alargar la vida humana, quizá hasta volverla ilimitada. ¿Qué pasaría con una sociedad donde nadie muriera, donde los adultos no dejaran su lugar a los más jóvenes? ¿Qué cambios sociales y económicos traería eso? ¿Cómo afectaría al planeta?

Por su parte, la biología nos dice de dónde viene la muerte: es el precio que hemos pagado los seres multicelulares por tener cuerpos complejos, formados por miles de millones de células.

La muerte no existe como parte del ciclo de vida de los seres unicelulares, que para reproducirse sólo se dividen. Son, en este sentido, inmortales. La muerte parece haber surgido con la aparición de la multicelularidad. Durante el desarrollo y como parte indispensable del ciclo vital de un organismo, millones de células nacen y mueren continuamente. Y el organismo completo vive durante un periodo limitado, y luego fallece. Cuando se pierde la capacidad de morir, por ejemplo cuando un grupo de células de nuestro cuerpo se vuelve inmortal y comienza a dividirse sin control, da origen a un cáncer (que, paradójicamente, ocasiona la muerte del organismo entero).

Pero la ciencia también nos ayuda a adquirir un sentido de la perspectiva: los nerds podemos hallar cierto consuelo en que, terrorífica como parece, nuestra propia muerte significa bien poco cuando se piensa que todo muere, tarde o temprano. Las construcciones humanas duran, pero no para siempre. Los continentes cambian y se desdibujan, y lo que ahora son México y Centroamérica dejarán algún día de existir para sumergirse bajo el mar. Y el propio planeta Tierra dejará un día de existir cuando, dentro de unos cinco mil millones de años, el Sol agote su reserva de combustible y se convierta en una estrella gigante roja, calcinando nuestro mundo.

Yo espero que para entonces la humanidad haya colonizado otros planetas y sobreviva. Pero incluso eso se acabará, porque el universo no es eterno: quizá siga expendiéndose eternamente, y enfriándose hasta convertirse finalmente en un desierto muerto y congelado, donde nada cambie y nada se mueva, y sólo la Catrina ría, triunfante. Aunque otros modelos predicen que podría comenzar a contraerse, hasta destruir todo en una implosión cósmica –el Big Crunch– que sería el inverso del Big Bang (y quizá el inicio de uno nuevo). O podría expandirse aceleradamente hasta desgarrar literalmente la materia, los átomos y el tejido mismo del espaciotiempo: lo que los cosmólogos denominan el Big Rip. No sabemos aún cuál de estos escenarios es el más probable, pero todos hacen que nuestra Muerte individual parezca más bien insignificante.

No sé si después de leer esto usted se sienta reconfortado, o más deprimido. Pero le deseo un feliz Día de Muertos. Y mejor si es comiendo pan con chocolate.

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Los Nobel 2017

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 8 de octubre  de 2017

Ondas gravitacionales

Como ocurre cada año, esta primera semana de octubre trajo consigo los anuncios de los premios Nobel. Y como cada año, este comentarista de la ciencia se las ve negras para tratar de decir algo sobre los tres premios en áreas científicas en el exiguo espacio de su columna.

Comencemos por el de física: lo recibieron el alemán Rainer Weis y los estadounidenses Barry C. Barish y Kip S. Thorne “por sus contribuciones decisivas a [el diseño de] el detector LIGO y la [primera] observación de ondas gravitacionales” (corchetes míos). Como ya comenté sobre él en este espacio, en su momento (18 de febrero de 2016), sólo mencionaré que la gran importancia del descubrimiento, que confirma nuevamente la teoría de la relatividad de Einstein, queda de manifiesto por lo rápido que se le reconoció con el Nobel: sólo un año después de haber sido realizado.

Estructura de un ribosoma,
determinada mediante
microscopía crioelectrónica

El premio de química, por su parte, lo recibieron el suizo Jacques Dubochet, el alemán Joachim Frank y el escocés Richard Henderson, “por desarrollar la microscopía crio-electrónica para determinar las estructuras de alta resolución de biomoléculas en solución”. Se trata de un avance importante porque, en biología molecular, la forma de las moléculas que constituyen a los seres vivos es la clave para entender su función.

La microscopía electrónica tradicional no muestra más que imágenes borrosas de moléculas como el ADN o las proteínas. Para determinar su estructura detallada, átomo por átomo, se usa desde la década de los 50 la técnica de cristalografía de rayos X, que es extremadamente laboriosa y requiere que las moléculas se encuentren ordenadas en el espacio (como ocurre en un cristal o una fibra). Muchas biomoléculas no cumplen este requisito. En la década de los 80, Henderson logró mejorar la resolución del microscopio electrónico al refinar sus aspectos técnicos y utilizando nitrógeno líquido para enfriar las muestras. Al mismo tiempo, en los 70 y 80, Frank había desarrollado técnicas computacionales para procesar las distintas imágenes borrosas y bidimensionales de una misma molécula que el microscopio electrónico podía ofrecer, “promediándolas” y generando así un modelo tridimensional de la misma.

Finalmente, Dubochet desarrolló un método que permite esquivar otro de los grandes problemas de la microscopía electrónica: que se hace en el vacío, lo que causa que el agua que normalmente rodea a la gran mayoría de las moléculas biológicas se evapore, lo que altera su estructura. Dubochet logró enfriar el agua hasta que formara no un sólido (pues los cristales de hielo también dan al traste con la estructura de las biomoléculas), sino un fluido ultraviscoso: agua vitrificada. Gracias a esto, combinado con los avances realizados por sus dos colegas, la microscopía crio-electrónica de alta resolución se volvió una realidad, y el análisis de la estructura detallada de los sistemas vivos dio un salto cuántico que seguramente proporcionará enormes avances en las ciencias biológicas y de la salud.

El reloj circadiano de una célula

Por último, el Nobel de medicina o fisiología lo recibieron los estadounidenses Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young, “por sus descubrimientos de los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano”. Ellos identificaron, en los años 80 y 90, el gen period, que fabrica la proteína PER –molécula maestra del reloj biológico de muchos organismos– y descifraron su función. El ritmo de fabricación de PER durante la noche, y el de su degradación durante el día, similar a los relojes de agua que mantienen el ritmo gracias a un recipiente que se va llenando hasta que se desequilibra y se vacía, y luego vuelve a comenzar a llenarse (aunque en realidad el mecanismo es mucho más complejo, y en él participan múltiples genes y moléculas que forman ciclos de retroalimentación), explica desde los ritmos de las flores que se abren al amanecer y se cierran por la noche hasta el ciclo sueño-vigilia de los humanos, central para la salud.

Tres Nobeles, tres avances grandiosos en ciencia.

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La primera molécula viva

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 21 de mayo de 2017

Había una vez un planeta donde surgió la vida.

La hipótesis del mundo del ARN

Millones de años después, una de los billones de especies que lo habitaban se preguntaba cómo había ocurrido esto. Faltos de más recursos que su imaginación, propusieron la explicación más obvia: la vida en la Tierra tenía que haber sido producto de un creador omnipotente. Explicación que realmente no explicaba nada, pero que sirvió para tranquilizar su inquietud intelectual. Al menos por un tiempo.

Porque luego llegó Charles Darwin, quien además de postular un mecanismo natural que explicaba cómo las especies evolucionan, se diversifican y se adaptan a partir unas de otras, mencionó también que la vida podría haber surgido “en una charca tibia” a partir de compuestos inorgánicos, junto con la energía del sol y los rayos.

Poco después, el inglés JBS Haldane y el ruso Aleksandr Oparin propondrían, cada uno por su lado, teorías más detalladas acerca del posible origen de la vida a partir de los compuestos presentes en la atmósfera primitiva de nuestro planeta. Un poco más adelante, experimentadores como los estadounidenses Stanley Miller y Harold Urey realizarían experimentos que darían sustento a estas propuestas. Nació así formalmente la ciencia que estudia el origen de la vida.

Desde entonces, los avances han sido enormes. Y aunque sigue habiendo muchas cosas que no sabemos con precisión (por ejemplo, si los compuestos precursores de las moléculas que forman a los seres vivos se produjeron en la Tierra o llegaron a bordo de meteoritos), hoy la reconstrucción de los primeros momentos en que se puede hablar de vida en el planeta es cada vez más detallada. Y una de las cosas que van quedando claras es que, aunque Darwin pensaba que las proteínas podrían haber sido las primeras moléculas vivas, lo más probable es que tal papel le corresponda a otro tipo de compuestos: los ácidos nucleicos. Y específicamente, al ácido ribonucleico, o ARN.

Precisamente a este tema estuvo dedicado el simposio “El mundo del ARN” llevado a cabo del 16 al 22 de abril en El Colegio Nacional, esa institución fundada en 1943 por Manuel Ávila Camacho para “preservar y dar a conocer lo más importante de las ciencias, artes y humanidades que México puede ofrecer al mundo”. El simposio fue organizado por tres destacados miembros del Colegio: Antonio Lazcano Araujo, experto mundialmente reconocido en origen de la vida, junto con el biólogo molecular Francisco Bolívar Zapata y el químico Eusebio Juaristi. En él estuvieron presentes destacadísimos especialistas internacionales en el tema provenientes de países como Estados Unidos, España, Francia, Israel y por supuesto México.

Sería imposible resumir en este espacio todo el universo de conocimiento que los asistentes a las diez conferencias magistrales tuvimos el privilegio de disfrutar (una de las obligaciones principales de los 20 miembros de El Colegio Nacional es, precisamente, impartir y organizar conferencias, mesas redondas y simposios, que son siempre públicos y gratuitos). La base del simposio fue la idea de que, a partir de los primeros compuestos inorgánicos y luego del surgimiento de biomoléculas simples, uno de los primeros compuestos que pudo cumplir con dos de las principales funciones que caracterizan a la vida, autorreproducirse y catalizar otras reacciones químicas, fue precisamente el ARN.

A partir de eso, se piensa que hubo una primera etapa –el “mundo del ARN”– en que moléculas de ARN comenzaron a formarse, reproducirse y competir entre ellas. Paulatinamente, comenzaron a catalizar la formación de proteínas, que a su vez ayudarían a catalizar más eficientemente otras reacciones: surgiría así el “mundo de las ribonucleoproteínas”. Finalmente se llegaría al actual “mundo del ADN”, donde las funciones de almacenar la información genética pasarían al ácido desoxirribonucleico, primo del ARN, y la mayoría de las funciones de catálisis química quedarían a cargo de proteínas específicas: las enzimas.

Durante el simposio, sin embargo, los diversos expertos de todo el mundo nos mostraron cómo los detalles de esta increíble historia están siendo constantemente explorados y discutidos para irlos aclarando. Desde la química básica de la atmósfera primitiva y la composición de los meteoritos, al surgimiento y evolución de las primeras moléculas de ARN. De cómo quizá éstas siempre estuvieron conviviendo y coevolucionando con proteínas (lo que implicaría que no hubo “mundo del ARN”, sino “mundo de ribonucleoproteínas” desde un principio) a cómo pudo surgir el código genético, cómo el ARN se alió con las proteínas y las moléculas grasosas que forman membranas para generar las primeras células, y cómo ciertas formas de ARN de vida libre, como virus y viroides, siguen conviviendo con el resto de los seres vivos.

Una de las ideas más sugerentes es que a lo largo del reino viviente hay innumerables “fósiles moleculares” del mundo del ARN: el ácido ribonucleico sigue cumpliendo funciones vitales en prácticamente todos los procesos de una célula viva, como el almacenamiento y copia del material genético, su expresión para fabricar proteínas y en las reacciones químicas que conforman el metabolismo. En cierto modo, el mundo del ARN pervive oculto en las profundidades de la célula moderna.

Ada Yonath y el ribosoma

El broche de oro del simposio fue la conferencia de Ada Yonath, ganadora del premio Nobel de química en 2009, quien nos mostró cómo el ribosoma, organelo celular encargado de fabricar proteínas a partir de las instrucciones almacenadas en el ADN, y que está presente en todas las células vivas, es en realidad una sofisticada máquina molecular hecha de ARN, en cuyo corazón se halla un fósil viviente que ha sobrevivido desde los tiempos del mundo del ARN.

Queda la duda de si se puede hablar de que el ARN sea una molécula “viva”. En realidad, se trata de una pregunta mal planteada, que revela que el término “vida” es sólo una palabra cómoda para describir un tipo de sistemas que presentan ciertas propiedades. En realidad, la línea divisoria entre materia viva e inerte es arbitraria. Lo fascinante es vislumbrar un poco de la enorme cantidad de investigación que se está haciendo para entender cómo la química pudo irse convirtiendo en biología a través de un proceso evolutivo que ocurrió hace millones de años, pero cuyas huellas siguen presentes y activas en lo más íntimo de las células que nos forman.

Millones de años después, los habitantes de ese planeta, descendientes de este largo proceso, estamos comenzando a respondernos la pregunta de cómo llegamos a estar aquí.

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