martes, 29 de septiembre de 2009

Duplicación y evolución, los mecanismos de la vida, ya habrían estado presentes en la química prebiótica.


El que la vida se base en la duplicación de macromoléculas es algo que damos por sentado. Pero ¿por qué es esto así habiendo otras alternativas? Hisashi Ohtsuki de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón y Martin Nowak de la Universidad de Harvard (EE.UU.) han presentado la comparación entre dos modelos en los que un sistema puramente químico en el que tienen lugar procesos de polimerización al azar (a este sistema lo llaman previda) da lugar a, por un lado, moléculas catalizadoras (previda catalítica) y, por otro, construye cadenas que se duplican (duplicadores). Los resultados explican por qué la duplicación es más eficiente y es la opción de crecimiento molecular en la que se basa la vida. Por otra parte muestra que la selección natural, la evolución, empezó antes que la propia vida. Su trabajo ha sido publicado en los Proceedings of the Royal Society B.

En este modelo, la previda está constituida por dos tipos de monómeros (0 y 1) que se unen al azar para formar cadenas de polímeros. Añadiendo un 0 ó un 1, se producen cadenas más largas a partir de otras más cortas. Los investigadores crearon un árbol de la previda sencillo basándose en este proceso de crecimiento, donde un 0 ó un 1 se añade al final de la cadena precedente para crear una más larga [en la imagen]. Aunque comienza con un solo monómero, este árbol de la previda tiene infinitas estirpes.

En la primera variante del modelo algunas de estas secuencias de la previda serán catalizadores, y podrán mejorar ciertas reacciones en la previda. Los catalizadores más abundantes serán aquellos que, específicamente, incrementen la velocidad a la que los monómeros se añaden a las cadenas en las reacciones específicas que los crean. Por ejemplo, si 0100 es un catalizador que cataliza los procesos 0 ->01, 01->010 y 010 -> 0100, será más abundante que otro como 1000 que sólo catalice 10->100 y 100->1000. A los catalizadores como 0100 los llaman los investigadores “cadenas prebióticas perfectamente catalizadas” (CPPC).

La competencia entre la previda y la previda catalítica por los monómeros disponibles crea unos determinados umbrales de selección que limitan el tamaño de las cadenas. Los investigadores determinaron que la actividad catalítica de una cadena debe aumentar exponencialmente con la longitud de la propia cadena para permitir que mantenga unos niveles altos de abundancia; si no se incrementa la actividad catalítica la cadena más larga se hace menos abundante.

En la segunda variante algunas cadenas de la previda llegarán a ser duplicadores. La diferencia de funcionamiento entre un duplicador y un CPPC es que el catalizador se une a una cadena incrementando la velocidad a la que se añade un monómero para después separarse, mientras que un duplicador se mantiene unido a la cadena en crecimiento.

En la competencia entre la previda y los duplicadores, el umbral de actividad duplicadora converge en un valor fijo, lo que sugiere que incluso los duplicadores largos pueden mantener su abundancia alta.

Si la previda da lugar a catalizadores y duplicadores provocando la competencia entre los sistemas, la capacidad de alcanzar mayor longitud de los duplicadores, o lo que es lo mismo, la existencia de mayor número de duplicadores activos en competencia con los catalizadores, es lo que daría su ventaja a los duplicadores. Esto no es más que una forma de la selección natural. La selección natural ya estaba pues presente cuando la química se convirtió en vida, una vida que se basaría en la duplicación y la evolución.

[Imagen cortesía de Ohtsuki y Nowak]

Referencia:

Ohtsuki, H., & Nowak, M. (2009). Prelife catalysts and replicators Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 276 (1674), 3783-3790 DOI: 10.1098/rspb.2009.1136