¿Te animas a bailar?

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La hipótesis ABC: Célula eucariótica = Arquea + Bacteria + Cronocito.

Gracias al blog: "La Máquina de Von Neumann" he descubierto una teoría muy interesante sobre el origen de las células eucariotas y muchas otras cosas más, a través de una entrevista a su autor: Hyman Hartman (o, al menos uno de ellos, junto con Alexei Fedorov)

Hyman Hartman, Profesor del MIT, es una de las mayores autoridades mundiales en el estudio de los orígenes de la vida y del Dominio Eukarya.

Así que me permito el lujo de transcribir en este humilde blog lo que más me ha fascinado de sus ilustrados comentarios:

Hoy tenemos el dogma central ADN→ ARN→ Proteína.
Tenemos ahora disponibles las memorias almacenadas en el ADN de organismos actuales (v.g. el genoma humano) y estamos empezando a descifrar sus historias.

El último antecesor común

Se han secuenciado los genomas de ADN de muchos organismos y ahora podemos empezar a leerlos. Comparamos las proteínas y ADN de parientes próximos y expandiendo gradualmente estas comparaciones podemos reconstruir su antecesor común. En definitiva, podemos reconstruir el último antecesor común de todos los organismos vivientes y entonces empezar a intentar reconstruir cómo se originó. La sorpresa es que el último antecesor común hallado por estos medios es un organismo complicado. Esto es porque hemos empezado con el dogma central y no con cuál fue el dogma que precedió al dogma central.

La primera simplificación: el ARN pudo haber sido el sistema de memoria original, ya que puede replicarse como el ADN. Los únicos organismos que tienen ARN como sus moléculas de almacenamiento de memoria son virus de ARN que se encuentran predominantemente en eucariotas.

El mundo de ARN y Proteínas
ARN → Proteína

En este mundo es donde se perfeccionó el código genético.
Entonces se halló experimentalmente que algunos ARN son también catalizadores que aceleran ciertas reacciones químicas, y a estos ARN se les llamó ribozimas (los catalizadores proteínicos se llaman enzimas). Entonces se postuló que el ARN no sólo podía replicarse, sino que podía catalizar reacciones químicas igual que harían los enzimas.

Nuevo nuevo dogma central
Antes del ADN hubo ARN, y estos ARN podían también catalizar reacciones como los enzimas proteínicos.
Por tanto, ARN→ ARN.Estamos ahora en el mundo de ARN.

El mundo de ARN

El problema con el mundo de ARN es que hay que producir los monómeros de los nucleótidos A, G, C, U, y eso no es fácil, y hay que apelar a la hipótesis de la sopa.

La hipótesis de la sopa
En 1953 Stanley Miller electrocutó una atmósfera de metano, amoníaco e hidrógeno, lo que produjo en la atmósfera cianuro y formaldehído y otros aldehídos, que en presencia de agua dieron origen a aminoácidos.
Esto dio origen a la idea de que la Tierra primitiva tenía una tal atmósfera reductora y que los oceános se habrían convertido en una sopa diluída de moléculas orgánicas que sobre superficies de arcilla podrían polimerizar en polipéptidos, etc.

Por tanto, respecto a la pregunta de qué fue primero, si el huevo o la gallina: ninguno, fue el caldo de gallina.

La hipótesis sin sopa

Cuando enviamos sondas espaciales a Marte y Venus, nuestros planetas terrestres hermanos, encontramos que sus atmósferas están dominadas por el dióxido de carbono y el nitrógeno, y no hallamos evidencia de moléculas orgánicas en los suelos de Marte o sobre la superficie de Venus. Esto significaba que la mejor suposición sobre las atmósferas primordiales de Venus y Marte era dióxido de carbono y nitrógeno. Entonces vinieron los análisis de las rocas más antiguas de la Tierra, que mostraron que no había evidencia de una atmósfera primitiva de metano, amoníaco e hidrógeno. Mostraron más bien que una atmósfera primitiva de dióxido de carbono y nitrógeno era compatible con el registro geológico de la Tierra antigua.
En una atmósfera de dióxido de carbono y nitrógeno las chispas no forman cianuro y aldehídos, por tanto no se formaron moléculas orgánicas en una tal atmósfera, por tanto no hubo sopa y por tanto no hubo mundo de ARN.

La fotoquímica al rescate

Resulta que la solución a cómo conseguir moléculas orgánicas reducidas a partir de una atmósfera de CO2 y N2 se encuentra en el hierro de la superficie del antiguo planeta. Fueron los iones ferrosos de las rocas, suelos y océanos de la antigua Tierra los que proveyeron los electrones y, en presencia de la luz solar, redujeron el dióxido de carbono y el nitrógeno a ácidos orgánicos, aminoácidos, azúcares, ácidos grasos y nucleótidos. ¿Tenemos un registro de cómo se llega de dióxido de carbono y nitrógeno a ácidos orgánicos, aminoácidos, azúcares, ácidos grasos y nucleótidos? La respuesta es sí. Así es como opera hoy la fotosíntesis: toma CO2 y N2 y los convierte en aminoácidos, etc. Las vías biosintéticas por las cuales esto ocurre hoy son la memoria de cómo se logró originalmente en la Tierra primitiva.
Sam Granick, un profundo estudioso de la fotosíntesis, acuñó la frase:
la biosíntesis recapitula la biopoyesis.
La biosíntesis es una compleja red de reacciones químicas catalizadas, y por tanto tal red no llegó a existir de una sola vez. Lo que hace falta es un sistema en evolución, que pueda empezar simple y evolucionar a formas más complejas, y esto requiere memoria. Lo que hace falta, por tanto, es un sistema que pueda evolucionar por mutación y selección natural.

La hipótesis de la arcilla

Fue Schrödinger quien postuló por vez primera que un sistema informacional que pudiese evolucionar por mutación y selección requeriría un cristal aperiódico. Por una parte debía ser capaz de almacenar información (aperiodicidad); y por otra, debía ser fácil de replicar por cristalización superficial.
El ADN y el ARN cumplen estos requisitos. La información se almacena en la secuencia de nucleótidos de los ácidos nucléicos, que a la vez son capaces, por medio del apareamiento de bases descubierto por Watson y Crick, de replicar una hebra de ARN o ADN, por ejemplo, mediante polimerización catalizada por plantilla, en hebras complementarias de ARN o ADN. El ADN y el ARN son cristales unidimensionales aperiódicos.
Las arcillas son cristales aperiódicos bidimensionales. Son como un tablero bidimensional de damas chinas. Supongamos que hay fichas blancas y negras que llenan cada casilla en un tablero hexagonal muy grande. El número de posibles distribuciones de fichas blancas y negras es muy grande; las fichas blancas y negras en nuestro modelo son los iones de aluminio y silicato de las jaulas de oxígeno e hidróxido de la capa superficial de la partícula de arcilla. Las arcillas son catalizadores muy buenos, y pueden catalizar muchas importantes reacciones orgánicas. La reacción más reciente es la capacidad de polimerizar nucleótidos activados para formar polinucleótidos.
La principal idea nueva es que, como el ADN, las arcillas se replicarían; esto es, la distribución de fichas blancas y negras aparecería, en forma complementaria, en la partícula de arcilla hija. El patrón de fichas blancas y negras sería la fuente de las propiedades catalíticas de las superficies de la arcilla. Las arcillas capaces de catalizar la síntesis de aminoácidos y después nuceótidos sobrevivirían y se replicarían mejor que las que no pudiesen.

El nuevo nuevo nuevo dogma

Arcilla → arcilla Mundo de arcilla
Arcilla → ARN → proteína
ARN → proteína
ADN → ARN → proteína

¿Cómo surgió la célula eucariota?

Hay tres dominios celulares: 1) Archaea, 2) Bacteria y 3) Eukarya.

Carl Woese fue el primero en separar las arqueas de las bacterias estudiando las secuencias de nucleótidos del ARN de la subunidad ribosómica pequeña.

La separación entre las bacterias y los eucariotas se ha basado en el núcleo como orgánulo limitado por una membrana.
Arqueas y bacterias son como media pequeñas, una micra de diámetro (micra = una millonésima de metro), y las células eucariotas como media tienen diez micras de diámetro, lo que significa que son unas mil veces mayores en volumen. Se puede meter una arquea o una bacteria en una célula eucariota. El mecanismo mediante el cual una bacteria entra en una célula eucariota se llama fagocitosis. Si la bacteria se queda a vivir en la célula eucariota llamamos al suceso endosimbiosis.
La célula eucariótica es una quimera. Tiene dos orgánulos —mitocondrias (en animales y plantas) y cloroplastos (plantas)— que proceden de bacterias que fueron tragadas y adoptadas por una célula eucariota. Estos orgánulos son endosimbiontes. Están rodeados por una doble membrana: una membrana que procede de la bacteria y otra de la célula hospedadora. Ambos orgánulos tienen un cromosoma que contiene ADN, que procede de la bacteria.
El primer problema a resolver sobre el origen de la célula eucariota es: ¿de dónde vino el núcleo? Es un orgánulo con una doble membrana con poros, y con ADN unido a histonas y otras proteínas para formar lo que se llama cromatina. Hay ciertas arqueas que tienen histonas, y por tanto son candidatos para ser endosimbiontes, y por tanto el núcleo es un endosimbionte como el cloroplasto y la mitocondria; la principal diferencia es que es un endosimbionte arqueano.
La respuesta a la pregunta sobre el origen del núcleo es: el núcleo es un endosimbionte arqueano.

La pregunta que queda es qué era la célula hospedadora en la cual el núcleo se convirtió en endosimbionte.

La célula hospedadora

El proteoma de una célula es el catálogo completo de las proteínas de esa célula. Por ejemplo E. coli tiene cuatro mil proteínas diferentes, una arquea promedio tiene dos mil clases diferentes de proteínas, y los humanos tenemos unas veinte mil proteínas distintas.Si se compara el proteoma de arqueas, bacterias y eucariotas se puede formular la pregunta: ¿qué proteínas se encuentran en eucariotas pero no en arqueas ni bacterias? La respuesta apunta a una célula que tenía un citoesqueleto interno y proteínas de control capaces de fagocitosis. Hay proteínas relacionadas con el ARN más bien que con el ADN. Esto implica que el ARN dominaba en la memoria de la célula hospedadora (Hartman y Fedorov).

La hipótesis del cronocito

La evolución de la célula eucariota fue como sigue: la célula más antigua tenía citoesqueleto y usaba predominantemente ARN para almacenamiento de memoria. Además su metabolismo estaba dominado por la fermentación y quizá una fotosíntesis primitiva.Un subconjunto de estas células adquirió por evolución una fotosíntesis eficiente ligada a membranas y basada en ATP, y después pasó de ARN a ADN para el almacenamiento de memoria.
Entonces empezó una serie de sucesos endosimbióticos: primero la endosimbiosis con una arquea que resultó en el núcleo; luego se tragó una bacteria fotosintética púrpura que evolucionó hasta la mitocondria; y, finalmente, en las plantas, fue tragada una cianobacteria que resultó en un cloroplasto.
¿Qué ocurrió con los ARN de la célula hospedadora? Fueron transcritos a ADN del núcleo. Se da a la célula hospedadora el nombre de cronocito porque, como el dios griego Cronos, devoró a su progenie de ADN, las bacterias y la arquea.

La hipótesis ABC
Célula eucariótica = Arquea + Bacteria + Cronocito.

¿Cuánto orden y cuanto caos hay en una célula?

En el nivel local de un enzima puede haber ruido, pero en conjunto, como resultado de múltiples interacciones entre proteínas, la célula es estable; un ejemplo es la quimiotaxis bacteriana.En la quimiotaxis una bacteria nada contra un gradiente de concentración de una molécula en su entorno. El gradiente no es detectable a la escala del diámetro de una célula bacteriana (hay demasiado ruido). Lo que hace la célula bacteriana es muestrear los datos ruidosos y, mediante una forma de memoria, detectar el gradiente a lo largo del tiempo. El detector no es un solo detector en la membrana de la célula sino un conjunto de receptores que interactúan, y que en cooperación son capaces de alcanzar gran sensibilidad. Los métodos teóricos para estudiar este conjunto de receptores que interactúan son muy similares a los de estudio de sistemas en física de la materia condensada (por ejemplo el modelo de Ising del magnetismo). Ya que cerca del 30% de las proteínas se encuentran en la membrana de la célula bacteriana e interactúan fuertemente entre sí, yo propondría que, a causa de estas interacciones no lineales, “membrane” debería escribirse “Mem-Brain” [brain = cerebro]. Es en la membrana donde la célula bacteriana toma sus decisiones de nadar o girar según su ambiente externo y condiciones intracelulares. Así, lo que es ruidoso localmente en un solo receptor esta determinado globalmente por interacción y memoria. Trabajo de D. Bray y Duke.
La integración global de la célula está en su infancia, así como la síntesis entre la física de la materia condensada y la célula procariota y eucariota.

¿Qué mecanismos explican, desde su punto de vista, la producción y evolución de especies vivientes?

Hay cuatro mecanismos. 1) Aislamiento geográfico, que puede tardar largo tiempo. 2) Especiación por infección, cuya causa es la infección de una subpoblación por una bacteria (vg. Wolbachia) o un virus; esta sería rápida. 3) Por selección sexual, donde hay en una subpoblación un cambio rápido en la selección de parejas. 4) Aislamiento ecológico, donde una subpoblación invade un nuevo nicho ecológico.

Acerca de los virus: ¿son seres vivos? ¿Qué papel piensa usted que han desempeñado en la historia de la vida?

Sí, los virus son seres vivos ya que mutan, se replican y están sujetos a la selección natural darwiniana.
En los océanos hay hoy muchos más virus de bacterias que bacterias. La metagenómica de estos virus muestra que tienen muchos genes bacterianos. Los virus de bacterias, o fagos como se los llama, son resultado del sistema de infección para la recombinación que usan las bacterias. La evolución de los bacteriófagos empezó con la transformación de bacterias por ADN desnudo, que evolucionó al mecanismo más eficiente de los plásmidos, que se transmiten por contacto entre la bacteria donante y la receptora. El siguiente paso fue la evolución del plásmido hasta, por ejemplo, los fagos lisogénicos como el fago lambda de E. coli. El precio que hubo que pagar por este sistema de recombinación fue que acabaron evolucionando bacteriófagos líticos como, por ejemplo, el T4.
En las células eucarióticas el sistema de recombinación está mediado por el sexo, y por eso es por lo que hay tan pocos virus eucariotas de ADN. Los virus dominantes en el dominio eucariota son virus de ARN. Deben de haber evolucionado en una antigua célula basada en ARN, el cronocito. Tal vez había en el cronocito un sistema de recombinación mediado por virus de ARN.

No juzgues antes de tiempo

Estamos tan acostumbrados a prejuzgar que no solemos pararnos a pensar que, en ocasiones, las apariencias engañan:

Así como un prejuicio acertado puede suponer una gran ventaja evolutiva muy importante, también puede significar, como en el caso de los "maliciosos" dibujos del video, un abismal error de cálculo que puede tener consecuencias desastrosas al abocarnos a tomar decisiones prematuras erróneas.

Así que hay muchas veces que es mejor tomarse las cosas con calma y pensarselo mucho antes de emitir un juicio equivocado.

En el caso del video son dibujos sin importancia, pero en la vida real...: Racismos, xenofobias, misoginias, etc., etc., etc., tal vez pudieran evitarse si no prejuzgaramos a las personas antes de conocerlas en profundidad.

Evolución

¡¡¡ EXTRA, EXTRA... !!!

Acabo de descubrir, gracias a un amigo y compañero de trabajo, un sitio de internet donde se tiene aceso a prácticamente todos los diarios de mayor tirada, desde nivel mundial hasta local, pasando por continental y nacional, por supuesto.

Para acceder a este enorme kiosko virtual sólo tienes que pinchar sobre la imagen de abajo y...

¡Voilá!, la información más actual al alcance de tu mano (a través de tu ratón, claro, je, je). Ahora sólo tienes que seleccionar la zona de tu interés, el periódico de tu agrado y a leer.

Varekai

Este viernes he estado viendo el espectáculo "Varekai", de el "Cirque du soleil", en Bilbao.

Los precios parecen bastante elevados: entre 35 y 90 € (aunque comparado con lo que valen las entradas para un partido de fútbol, por ejemplo, realmente no son tan caras).

El espectáculo, simplemente ESPECTACULAR (valga la redundancia):





Todo en absoluto directo (incluso la música) y de una perfección y sofisticación asombrosas.

Sólo una sugerencia para quien se decida a verlo en directo:

Aunque pageis un poco más, merece la pena verlo de frente.

Si teneis oportunidad, no os lo perdais.

¿Qué es la teoría del campo unificado?

A mediados del siglo XIX se conocían cuatro fenómenos que eran capaces de hacerse notar a través del vacío. Eran:

-gravitación,
-luz,
-atracción y repulsión eléctricas, y
-atracción y repulsión magnéticas.

Al principio parecía que los cuatro fenómenos eran completamente independientes, que no tenían necesariamente ninguna conexión entre sí. Pero entre 1864 y 1873 el físico teórico escocés J. Clerk Maxwell analizó matemáticamente los fenómenos eléctricos y magnéticos, encontrando ciertas relaciones básicas (las “ecuaciones de Maxwell”) que describían tanto los fenómenos eléctricos como los magnéticos y que demostraban que los unos dependían de los otros. No había ningún efecto eléctrico que no fuese acompañado de un determinado efecto magnético, y viceversa. En otras palabras, podía hablarse de un “campo electromagnético”, que se extendía a través del vacío y que, por contacto, influía sobre los cuerpos de acuerdo con la intensidad del campo en ese punto del espacio.

Maxwell demostró también que haciendo oscilar de manera regular a este campo se originaba una radiación que se alejaba de la fuente de oscilación a la velocidad de la luz en todas direcciones. La luz propiamente dicha era una de esas “radiaciones electromagnéticas” y Maxwell predijo la existencia de formas de luz con longitudes de onda mucho más pequeñas y mucho más grandes que la de la luz ordinaria. Esas otras formas de luz fueron descubiertas a lo largo de los veinte años siguientes, y hoy día se habla de todo un “espectro electromagnético”.

Así pues, de los cuatro fenómenos mencionados al principio, tres (electricidad, magnetismo y luz) quedaron fundidos en un único campo. Pero quedaba aún la gravedad por explicar. Estaban 1) el campo electromagnético y 2) el campo gravitatorio, que al parecer seguían siendo dos campos independientes.
Los físicos, sin embargo, pensaban que sería mucho más bonito que hubiese un solo campo (esa es la “teoría del campo unificado”); y así empezaron a buscar la manera de describir los efectos electromagnéticos y los gravitatorios de modo que la existencia de unos pudiera utilizarse para describir la naturaleza de la existencia de los otros.

Pero aunque se descubriesen unas ecuaciones que combinaran los efectos electromagnéticos y los gravitatorios, no lograrían del todo proporcionar, según los criterios actuales, un campo auténticamente unificado. Después de 1935 se descubrieron dos nuevos tipos de campo que sólo afectan a las partículas subatómicas y, además, sólo a distancias inferiores al diámetro de un núcleo atómico. Son la “interacción nuclear fuerte” y la “interacción nuclear débil”.
Un auténtico campo unificado tendría que dar cuenta de los cuatro campos que hoy se conocen.

Extraido del libro: "Cien preguntas básicas sobre la ciencia" de Isaac Asimov