Cuestiones sobre evolución

[Svyadov]

Wenass

El compañero Armando Alvarez ha formulado cinco cuestiones acerca de la evolución en el subforo de Paleontología. Debido a la falta de moderación y las constantes y perniciosas intervenciones trollescas de ciertos individuos cuyo nombre no quiero recordar, pasaré a contestar una a una dichas preguntas en este subforo de biología. Las cinco cuestiones presentadas por Armando Alvarez son:

1) De qué manera se produjo el tránsito de la Química a la Biología, de lo no vivo a lo vivo.

2) De qué manera las mutaciones aleatorias se pudieron constituir en el mecanismo de construcción de la Evolución.

3) De qué manera los genes, un característico mecanismo de estabilidad, pudieron permitir los deslizamientos de una especie hacia otra distinta.

4) Cómo pueden ser los fósiles argumentación de la Evolución, considerando el dinamismo del planeta Tierra caracterizado por constantes convulsiones y transformaciones de sus capas geológicas.

5) De qué forma los tiempos del Universo permiten incluir fenómenos, que para poder realizarse requieren aceptar altísimos porcentajes de probabilidadades en contra.

Estas cuestiones las iré contestando una a una, de tal modo que finalizada la respuesta a la primera cuestión se abre el turno de preguntas. Si alguien detecta algún error o falta algún dato de interés o lo que sea (pues como humano que soy, no soy perfecto), es libre de intervenir y poner de manifiesto dicho error (o lo que sea). Del mismo modo, cualquiera es libre de formular preguntas o contestar a las mismas.

Un saludo.

[Svyadov]

¿De qué manera se produjo el tránsito de la Química a la Biología, de lo no vivo a lo vivo.?

Esta pregunta es realmente amplia y llevará varios posts contestarla. Intentaré organizar la respuesta en varios puntos:

1- Definición de vida. Concepto integral de célula.
2- Origen de la célula y evolución celular.
3- Mundo ARN.  Mundo de las ribonucleoproteínas.
4- Protocélula, lípidos y transcriptasa inversa.
5- Heterótrofos, autótrofos y teoría endosimbionte.



Definición de vida. Concepto integral de célula.

Para poder hablar del tránsito de lo no vivo a lo vivo, primero tenemos que definir que está vivo y qué no. Definir la vida o ser vivo es probablemente una de las más complicadas tareas. No hay (de momento) una definición completamente aceptable que se ajuste a lo que conocemos como vida. Existe cierta tendencia a querer dar definiciones amplias que incluyan no sólo la vida que conocemos en nuestro planeta sino también posible vida extraterrestre o creada por el hombre. Sin embargo, no es objetivo primordial de la ciencia definir lo que aún no ha observado ni conoce. Por ello, lo lógico es definir lo que ya conocemos, y cuando aparezca algo nuevo (sea extraterrestre o creado por el hombre) ya modificaremos la definición existente o crearemos una nueva, del mismo modo que las teorías científicas se encuentran en constante revisión.

Los seres vivos, la vida, no se puede definir en términos de lo que está hecha (carbono, hidrógeno, oxígeno...) sino en términos de lo que es capaz de realizar (metabolismo, reproducción, e incluso evolución). Aristóteles decía que la vida era automovimiento, o dicho de otro modo, sólo estaba vivo aquello que pudiera moverse por sí solo. Esto excluía a plantas, hongos, líquenes, algunas bacterias... De pequeños en la escuela nos dicen que los seres vivos nacen, crecen, se reproducen y mueren. Hemos observado que los seres vivos tienen ciertas características comunes, como por ejemplo, una estructura compuesta de subunidades llamadas células (cuando no células simple y llanamente), con una química basada en el carbono, el uso del ADN como material hereditario, metabolismo, relación con el medio y respuesta a sus estímulos, reproducción... La ecología ve a los seres vivos como unidades transformadoras de energía. Por su parte la física considera a un ser vivo como aquel capaz de tomar energía para reducir su entropía (aumentando su organización y orden) mientras aumenta la de su entorno. Para los científicos Humberto Maturana y Francisco Varela los seres vivos son entidades autopoiéticas mientras que Carl Sagan los definió como sistemas químicos susceptibles a la evolución darwiniana. Obviamente ninguna de estas definiciones es completamente satisfactoria.

Desde el punto de vista biológico, un ente vivo, para considerarlo como tal, debe ser capaz de realizar 3 funciones a la vez (no es válido que realice una o dos, deben ser las tres y a la vez):

- Autorreproducción: implica ser portador de una determinada información (ADN) y ser capaz de replicarla e introducirla en su descendencia.
- Autoconservación: Síntesis: capacidad de crecimiento con su propia materia.
- Autorregulación: ajustar sus funciones con respecto al medio ambiente.

Evolutivamente se han debido adquirir dichas funciones en el orden dado. El concepto de autopoiesis va un poco más allá ya que además de estas tres funciones incluye las relaciones que se establecen entre ellas (porque dentro de un ser vivo todo está relacionado con todo). Así pues, la unidad mínima viva existente es la célula, pues es la única estructura capaz de realizar esas tres funciones o dicho de otro modo, es la única estructura que puede ser considerada una entidad autopoiética. Esto sólo es válido si tenemos en consideración el llamado concepto integral de célula. ¿Qué es el concepto integral de célula? La célula es un todo, y cada una de sus partes depende de otra parte formándose una cadena lineal y cíclica a la vez. Para explicar esto tenemos que recurrir a los procesos internos que ocurren en una célula:

En la célula existe una cierta información en forma de ADN. Este ADN puede generar una copia (replicación) que servirá en la autorreproducción. Además, a partir del ADN y mediante la transcripción se sintetizan ARNs. Los ARNs pueden ser mensajeros, de transferencia y ribosómicos (existen otros que no mencionaremos ahora). Estos 3 tipos de ARN juegan papeles muy importantes en el siguiente paso: la traducción. Mediante la traducción, la información del ADN que ha sido transcrita a ARN se convierte mediante diversas reacciones bioquímicas en proteínas, aminoácidos, ribosomas... Hay que destacar que los ribosomas ayudan en la síntesis de proteínas, y que para formar éstas hacen falta aminoácidos: primer punto de interrelación. A su vez las proteínas se dividen en dos tipos: estructurales y enzimáticas. La enzimáticas  se encargan de la síntesis (lípidos, glúcidos, proteínas...) teniendo también relación con la traducción y además con la transcripción y la replicación. Como vemos, todos los procesos importantes dentro de la célula (replicación, transcripción, traducción y síntesis) se encuentran interrelacionados unos con otros de tal manera que si uno falla, el resto no puede continuar y la célula muere.

Después de explicar estos conceptos podemos  entender por qué los virus no son considerados seres vivos: de las tres funciones primordiales de la vida (autorreproducción, autoconservación y autorregulación) no realizan ninguna e incluso carecen de metabolismo. Esto se ciñe a lo que vemos en la naturaleza y en el laboratorio: los seres vivos no necesitan de otros seres vivos para reproducirse: los perros se reproducen con los perros, los gatos con los gatos, los humanos con los humanos, y en el caso de los seres vivos de reproducción asexual, como por ejemplo algunas especies bacterianas, no necesitan invadir a otros seres vivos y secuestrar sus recursos para conseguirlo: son completamente independientes y poseen sus propios mecanismos de reproducción.

[Svyadov]

Origen de la célula y evolución celular.

La evolución es el proceso de aparición de nuevas entidades biológicas, nuevos seres vivos (nueva información, nuevas especies). No implica ni mejoría ni empeoramiento, ni mayor o menor complejidad. Sin embargo, lo que sí implica es un mayor o menor grado de adaptabilidad ambiental. El proceso evolutivo se produce a nivel de población (la especie está formada por poblaciones y las poblaciones están formadas por individuos): en la población hay una variabilidad de información genética que, a través de la selección natural, va a mostrar una adaptabilidad diferencial, aumentando las fórmulas más adaptativas y descendiendo las menos adaptativas hasta que aparece una nueva población formada por las fórmulas más adaptativas. Teniendo esto en cuenta vamos a desarrollar la teoría del origen de la célula.

Hace 4.600 m. a. (millones de años) que se formó la tierra. El registro fósil nos dice que las primeras formas vivas aparecieron hace unos 3.500 m. a. En esos mil años se dio una serie de procesos que llevó a la aparición de las primeras células.  Algunos científicos defienden que la atmósfera debía ser reductora, otros dicen que debía ser oxidante. Lo cierto es que no sabemos cómo era porque ambas atmósferas era posibles. Lo que si parece claro es que esa atmósfera prebiótica, en la que incluimos tanto la atmósfera como la hidrosfera, debía estar compuesta por H2, metano, amoníaco, agua, CO2 y N2. En el llamado caldo primordial aparecieron monómeros: aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos, azúcares, etc. Miller y Urey, mediante diversos experimentos en laboratorio demostraron que a través de una atmósfera y descargas eléctricas se podían formar esos compuestos en el agua. Según la composición gaseosa de esa atmósfera se pueden obtener unas moléculas u otras. De ello deducimos que una atmósfera cambiante y dinámica como era la de la tierra hace 4.500 m. a. podría haber formado multitud de moléculas variadas.

Después de un tiempo los monómeros fueron uniéndose dando lugar a polímeros: polisácaridos, lípidos complejos, proteínas y ácidos nucleicos. ¿Cómo se produjeron estos polímeros? Oparin y Haldane concluyeron que un caldo muy concentrado podría dar lugar a esos polímeros. Cairns-Smith expuso la teoría de las superficies cristalinas, según la cual en determinados minerales se constituyen láminas entre las que habría átomos. Por medio de una diferencia entre campos de energía eléctrica, las moléculas con cargas se unirían a las láminas concentrándose y aglomerándose. Esta teoría es perfectamente compatible con la del caldo primitivo. Otra posibilidad que se ha barajado es que la vida se originase en las chimeneas hidrotermales, que son zonas océnicas muy profundas, con una gran presión, en las cuales hay fuentes de calor muy intensas. Esta teoría tiene el apoyo de la existencia de cierta fauna extremófila (bacterias, gusanos) encontrada en las chimeneas. En todo momento hay que tener en cuenta que la evolución (en este caso química) también ha regulado los procesos químicos, de tal manera que las moléculas más estables (las mejores adaptadas a su ambiente) habrían estado más tiempo y por tanto habrían tenido más oportunidades de unirse a otras moléculas.

En una tercera fase de la evolución apareció una primera molécula portadora de información y además autorreplicante. Esta molécula habría sufrido una regulación muy intensa por parte de la evolución tomando como base el que se replique más y mejor. Esta molécula debía ser un polinucleótido por su alta cantidad de información, y muy probablemente fuese ARN. El ARN es una molécula que puede portar información en las bases de los nucleótidos, puede dar una copia o replicarse mediante un sistema molde-patrón de bases complementarias, y además se daría un proceso de replicación diferencial, con un incremento, expansión o radiación de fórmulas distintas en lo que se ha venido a llamar Mundo ARN. Hay que destacar que en ese momento no había proteínas o enzimas para la replicación del ARN, y en un principio está se realizaba a través de otro ARN. En 1982 se descubrieron las ribozimas: moléculas sencillas de ARN capaces de catalizar, entre otras reacciones, la escisión de otra molécula de ARN en un lugar específico, unión de ARNs, polimerización, fosforilación, alquilación, etc. En este punto empezaría a funcionar el sistema evolutivo de la selección natural.

[Svyadov]

Mundo ARN. Mundo de las ribonucleoproteínas.

El mundo ARN aparece en un caldo prebiótico más o menos condensado, sobre las superficies minerales. Un cristal mineral es la base para que se forme otro cristal mineral. Al primero podría unirse por azar una molécula orgánica como el ARN. Esta unión  se produciría por la existencia de distintas cargas eléctricas que implicaría la aparición de distintos tipos de información. Cuando la lámina se replica conserva la información. A esto se le ha llamado "gen cristalino" o "gen prebiológico". En un principio el ARN se uniría por azar a ese cristal, pero dada la nueva configuración eléctrica, en la siguiente replicación del cristal el ARN no se uniría por azar sino que sería necesario para continuar. En un mundo lleno de ARN y cristales surgirían multitud de cristales distintos que estarán más o menos adaptados y sobre los cuales actuaría la selección natural si bien la unión del ARN con el cristal supone ya de por sí un aumento de adaptabilidad al medio.

En algún momento apareció por primera vez la capacidad de autoconservación, lo que implica la síntesis del material necesario para la capacidad de crecimiento. Si un ARN puede replicarse y para ello necesita como mediador otro ARN, puede darse la situación en que una proteína se una por azar al mediador formando una ribonucleoproteína (ARN+proteína), de tal manera que la replicación del ARN suponga un gran aumento en la adaptabilidad (una ventaja adaptativa) lo que implica de nuevo la intervención de la selección natural eligiendo para su permanencia aquellas ribonucleoproteínas que se repliquen más y mejor. Debido a un proceso similar al del "gen cristalino"; la proteína que antes se había unido por azar al mediador, ahora sería necesaria para la replicación del ARN además de que el propio ARN podría sintetizar dicha proteína. Esto significa la aparición de un código genético primitivo, poco fiable e imperfecto, cuyo sistema de traducción fuera molde-dependiente, pero suficiente para el desarrollo de un aparato de síntesis proteica, con la aparición de una gran diversidad de ARNs y ribonucleoproteínas y la aparición de formas nuevas dando lugar ya a una evolución biologica.



Protocélula, lípidos y transcriptasa inversa.

Los lípidos son unas moléculas con unas características físico-químicas particulares. La estructura básica de un lípido es una cabeza polar e hidrofílica y una cola larga apolar e hidrofóbica. Debido a esta estructura los lípidos tienden espontáneamente, en un medio fluido, a unirse de tal manera que las cabezas se unen a las cabezas y las colas a las colas, a veces en una capa doble, formando pequeñas burbujas llamadas micelas.

Al darse esta formación espontánea, y al ser uniones electrostáticas, las micelas y las dobles capas son flexibles, pudiendo entrar y salir moléculas con una cierta facilidad. El hecho de que se formen estas burbujas y en su interior quede un poco de ese caldo primordial medianamente aislado del exterior da base suficiente para deducir que una ribonucleoproteína pudo quedar atrapada en una de estas micelas. Así pues, la ribonucleoproteína, rodeada de una membrana lipídica formaría la primera celula, mejor llamada protocélula, progenote o LUCA (Last Universal Common Ancestor o ancestro universal común último). Debido a la aparición de este medio interno, aumentaría notablemente la capacidad de autoconservación, dando lugar a un metabolismo primitivo y la captación de nutrientes.

Una vez separado claramente lo que es propio de la célula de lo externo que implica la formación de un medio interno, los mecanismos de replicación son más fiables y aumenta la capacidad de autoconservación. De un modo gradual aparece el metabolismo que supone ya un ajuste con los nutrientes existentes en el medio y además se produce el desarrollo del genoma.  Sin embargo, las células actuales no usan ARN como material hereditario sino ADN. Gracias a diversos experimentos de laboratorio y el descubrimiento de unas enzimas especiales, ahora sabemos que existe el modo de codificar la información contenida en un ARN en un molécula de ADN. Dichas enzimas relacionadas con los retrovirus, se denominan transcriptasas inversas o retrotranscriptasas. De este modo, teniendo como base un ARN, y añadiendo una transcriptasa inversa y las bases necesarias, se puede sintetizar un ADN con la información del ARN. Esto se ha visto en laboratorio gracias a estudios como el del virus del SIDA, el cual posee en su interior una de estas enzimas. Los ARN son monocatenarios, es decir, es una cadena con una sola hebra, mientras que el ADN es bicatenario. Esta doble copia de la información implica menos probabilidades de pérdida de la información. El hecho de que los ARN estén jugando un papel directo en la síntesis de proteínas supone un mayor peligro de ser modificados mientras que el ADN está más protegido, lo que supone una gran ventaja evolutiva.

[Svyadov]

Heterótrofos, autótrofos y teoría endosimbionte.

Ya hemos visto el proceso de formación de una protocélula heterótrofa. Los heterótrofos son aquellos organismos que sobreviven gracias a las moléculas de su entorno, mientras que los autótrofos son organismos que crean sus propias moléculas (como las plantas). A medida que aparecen y se extienden más y más protocélulas heterótrofas (radiosidad heterótrofa) los nutrientes del medio van a ir disminuyendo hasta prácticamente agotarse. En ese momento ser heterótrofo no sería adaptativo, pero ser autótrofo sí. Tras diversos estudios parece ser que la fotosíntesis apareció una sola vez y a partir de ahí ha evolucionado. Cuando los nutrientes escasearon los autótrofos encontraron el momento para extenderse (radiosidad autótrofa). Al extenderse volvió a aumentar la materia orgánica por lo que sería de nuevo muy adaptativo el tipo de vida heterótrofa, apareciendo nuevos organismos. La célula procarionte inicial apareció hace unos 3.300 m. a. según apunta el registro fósil de los estromatolitos.

Lynn Margulis en 1967 publicó un artículo en el que exponía una nueva teoría sobre el origen de los seres vivos. Según esta bióloga tanto las células como los organismos pluricelulares deben la adquisición de sus capacidades a la aparición de relaciones simbióticas entre los seres vivos oponiéndose completamente al evolucionismo de Darwin. Después de 40 años su teoría sólo se acepta en parte y como teoría complementaria a la de Darwin. Esto se debe a que la teoría endosimbionte explica bien la aparición de ciertos orgánulos en las células, como las mitocondrias y los cloroplastos, si bien es incapaz de explicar el origen de la mayoría de las capacidades de los seres vivos. Según la parte comúnmente aceptada de la teoría endosimbiótica, y obviamente complementando a la teoría de la evolución de Darwin, tenemos que ciertas células anaerobias con una pared celular débil y poco nivel funcional podrían haber añadido a su citoplasma pequeñas células procariontes aerobias, muy activas y competitivas. Esto supondría una relación simbiótica ya que la célula anaerobia obtendría una inyección de energía extra que reactivaría su metabolismo y la convertíria en una célula mucho más competitiva que sus congéneres; mientras que la célula aerobia se encontraría en un entorno con nutrientes disponibles y protegida del medio. Así se explica la aparición de las mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas en las células. La teoría está avalada desde el punto de vista de que en la naturaleza encontramos simbiosis entre procariontes y procariontes y entre procariontes y eucariontes, además de la gran similitud existente entre bacterias y mitocondrias, y cianobacterias y cloroplastos, incluso en sus mecanismos enzimáticos, sistemas funcionales y morfología.

Con esto doy por concluida mi respuesta a la primera pregunta, que por cierto me parece exageradamente larga... pero bueno, espero que le sirva de ayuda  a alguien y despeje las dudas del compañero Armando Alvarez.

Un saludo.

[Gonn]

Hola Svyadov,

Sí que te lo has currado, vaya respuesta... Me parece hiper-completa y muy bien sintetizada. Hasta que la gente postee algo poco hay que decir, pero quisiera comentar un par de cosas:

Svyadov: Los ARN son monocatenarios, es decir, es una cadena con una sola hebra, mientras que el ADN es bicatenario.

Aunque no es objeto de este debate, simplemente decir que hay ciertos virus (los rotavirus si no recuerdo mal) que presentan ARN de doble hebra.

Y en relación la Mundo ARN una reflexión. No se si alguien se lo preguntará pero cabe la siguiente cuestión: ¿por qué ARN y no ADN desde el principio?
Cuando hablamos del Mundo ARN no quiere decir que no hubiese moléculas de ADN. Probablemente también las hubiera.
El ADN es una molécula más estable que el ARN como ya explicó Svyadov.
En este caso, la inestabilidad del ARN jugaría a su favor a la hora de ser seleccionado, ya que esta característica le permitiría mutar y variar su estructura con más facilidad y más rápidamente que al ADN. El ADN formaría cadenas estables que no le permitirían variar fácilmente su estructura, con lo que no pudo pasar de ser eso, cadenas de ADN. Sin embargo, el ARN pudo variar rápidamente su estructura hasta que una, o algunas, de ellas pudieron replicarse y así extenderse, como ya ha sido explicado (ribozimas...).
Cuando el material genético estaba ya protegido por una capa lipídica y se había alcanzado cierta complejidad, se requería una mayor estabilidad de la información genética, con lo que está "pasó" al ADN.
De hecho, es posible que el paso por ARN que sufre la información genética a la hora de sintetizar proteínas, sea una reliquia evolutiva que venga derivada por todo esto.

Obviamente, todo esto no deja de ser especulación.
Saludos, y de nuevo mi enhorabuena a Svyadov por la explicación.

Gonn

[Armando Alvarez]

De qué manera se produjo el tránsito de la Química a la Biología, de lo no vivo a lo vivo.?

La Defensa ha procedido a responder dividiendo su argumentación en 5 partes:

1- Definición de vida. Concepto integral de célula.
2- Origen de la célula y evolución celular.
3- Mundo ARN. Mundo de las ribonucleoproteínas.
4- Protocélula, lípidos y transcriptasa inversa.
5- Heterótrofos, autótrofos y teoría endosimbionte.

Esta Fiscalía, hará sus observaciones manteniendo el orden propuesto.
Entonces, respecto a:
1.-Definición de vida. Concepto integral de célula.
DECIMOS:

El Sr. Defensor inicia su presentación diciendo que no está en condiciones de responder a la pregunta planteada ya que la Ciencia aún no ha logrado una definición aceptable de lo que es un ser vivo. “Definir la vida o ser vivo es probablemente una de las más complicadas tareas. No hay (de momento) una definición completamente aceptable que se ajuste a lo que conocemos como vida.” Eso, habla de su honradez intelectual.

Pero nos pone en un problema ya que el interrogante es acerca de cómo se produce el tránsito de lo inerte, no vivo y puramente químico a lo dinámico, vivo y biológico.
Resulta evidente que si no podemos definir el puerto de llegada, es imposible deducir cuál es el camino para llegar a él, todo lo que se diga serán hipótesis y conjeturas.

El Defensor entonces se explaya sobre las características de lo vivo. Y su síntesis del organismo poiético es irreprochable cuando enumera sus características básicas:

- Autorreproducción: implica ser portador de una determinada información (ADN) y ser capaz de replicarla e introducirla en su descendencia.
- Autoconservación: Síntesis: capacidad de crecimiento con su propia materia.
- Autorregulación: ajustar sus funciones con respecto al medio ambiente.
Pero entonces dice:

"Evolutivamente se han debido adquirir dichas funciones en el orden dado.”

Esta aseveración no es aceptable ya que presupone lo que aún no ha sido probado, la dificultad de definir lo vivo parte de la imposibilidad de saber “qué cosa hizo primero”, no podemos asignarle esa responsabilidad a la Evolución, eso aún es motivo de prueba a cargo de la Defensa.

Desde aquí el Defensor nos lleva al concepto de célula y lo explica muy bien y se expresa con clara aptitud docente.
Pero nos plantea, por otra parte, la dificultad de aceptar como consumado lo que estamos tratando de entender cómo se inició.
Se nos explica como funciona, pero no cómo empezó a funcionar.
Esta Fiscalía se niega a saltar escalones o aceptar suposiciones.

Insistimos con la idea, el desarrollo conceptual del Defensor, al explicar características y funciones de la célula son impecables, pero de ellas es imposible deducir cómo la célula primigenia “supo” lo que debía hacer.
Y no nos ayuda tampoco ninguna acotación al ADN o al ARN porque ello sería simplemente derivar hacia ellos la incógnita de saber cómo supieron proceder de la manera que conocemos.

En síntesis, esta Fiscalía estima que el interrogante inicial no ha sido respondido, lo cual, por otra parte, el Defensor reconoció ab initio.
..................................................................................................
2.- Origen de la célula y evolución celular.
Dice la Defensa:

"La evolución es el proceso de aparición de nuevas entidades biológicas, nuevos seres vivos (nueva información, nuevas especies). No implica ni mejoría ni empeoramiento, ni mayor o menor complejidad."

Esta Fiscalía requiere una explicación sobre los dos conceptos expuestos, ya que interpretamos que la Ev. NO es el proceso de APARICIÓN de ningún nivel de vida, ya que como se dijo supra, la ciencia no puede hasta el momento explicar el proceso inicial.
Lo que  sí aceptamos, es que la Evolución es un proceso de CAMBIO.

Por otra parte, no resulta clara la afirmación del Defensor en cuanto a que la Ev. no implica mayor complejidad de los organismos vivos.
Un trilobite es anterior a un dinosaurio y el segundo es evidentemente más complejo que el primero.

La Defensa ofrece como prueba la experiencia  Miller realizada medio siglo atrás para explicar la aparición de las primeras moléculas complejas.
Desde ya anticipamos que este argumento no podrá prosperar, habida cuenta que el mismo experimento ha sido repetido infinidad de veces, “tocando” las condiciones de mil maneras distintas, a veces con gran arbitrariedad, como es el caso de usar radiaciones solamente de onda corta sabiendo que las largas “quemarian” a los aminoácidos, y logrando siempre el mismo resultado: dos o tres aminoácidos.
Hasta el presente, no se ha logrado por ese medio la formación de los 20 aminoácidos que caracterizan a la Vida.

El Sr. Defensor deberá aclarar, ya que la Fiscalía lo considera un eje fundamental del debate, de qué manera ambientes acuosos pudieron facilitar el proceso de agrupación de moléculas simples en otras más complejas, si consideramos que el agua es un antagonista natural de cualquier polimerización, ya que produce el efecto exactamente inverso, no solo impide que la moléculas se agrupen, sino que a las que se agruparon, las disuelve en compuestos simples.

Dice la Defensa:

En una tercera fase de la evolución apareció una primera molécula portadora de información y además autorreplicante

Requeriremos una minuciosa explicación de este proceso clave, ya que no nos conforma la expresión “apareció”; esa molécula primigenia con “información y capacidad de replicación”, parece ser la etapa final de un arduo proceso, pero que la Defensa todavía no ha explicado.

¿De donde sacaron las moléculas la "instrucción" (llamémosle ADN) para agruparse en cadenas, y no solo eso, también para que ese ensamble “sepa cómo” recubrirse de una compleja membrana y llegue a tener vida?
Insistiremos tenazmente en este punto.

No podemos extendernos en el análisis de los mecanismos de replicación del ARN cuando la Defensa no nos ha explicado de qué manera  tuvo origen esa instrucción inicial.

En este punto empezaría a funcionar el sistema evolutivo de la selección natural

Estamos de acuerdo, ahora necesitamos que la Defensa, nos explique CÓMO se llega a ese punto.

AA

[Svyadov]

Wenass

Tras una breve ausencia por estos lares debido a razones externas a mi persona, la defensa vuelve para continuar con el proceso.

Esta aseveración no es aceptable ya que presupone lo que aún no ha sido probado, la dificultad de definir lo vivo parte de la imposibilidad de saber “qué cosa hizo primero”, no podemos asignarle esa responsabilidad a la Evolución, eso aún es motivo de prueba a cargo de la Defensa.

Bien, hay que tener en cuenta que la teoría de la evolución tal y como la explicó Darwin o tal y como se conoce actualmente (Síntesis Moderna) nos habla de los seres vivos y es aplicable exclusivamente a estos. Cuando nos salimos del ámbito vivo, y nos centramos en el mundo anterior a lo vivo, debemos tener muy claro que la evolución a la que nos referimos es una evolución físico-química, regida por las leyes de la física y la química. Para poder explicar mejor esta evolución solemos recurrir a conceptos originados en la teoría de la evolución, pero ello no quiere decir que la teoría de la evolución sea aplicable: es un mero recurso para poder explicar mejor lo que de un modo físico o químico no resulta tan visualizable. Por poner un ejemplo, un animal está mejor adaptado al medio cuando puede dar más descendientes que los demás (visualmente se traduce en que veríamos mayor número de individuos de ese genotipo que de los demás). Químicamente una molécula estará mejor adaptada a su medio cuando sea más estable que las demás (visualmente se traduce en que veríamos más cantidades de esa molécula que de otras). Así pues, la evolución darwiniana es aplicable a seres vivos. Para el resto habrá otros tipos de evolución, ya sea física, química, meteorológica, etc.

Insistimos con la idea, el desarrollo conceptual del Defensor, al explicar características y funciones de la célula son impecables, pero de ellas es imposible deducir cómo la célula primigenia “supo” lo que debía hacer.
Y no nos ayuda tampoco ninguna acotación al ADN o al ARN porque ello sería simplemente derivar hacia ellos la incógnita de saber cómo supieron proceder de la manera que conocemos.

La célula primigenia o protocélula no "sabe" nada de nada, porque se encuentra regida única y exclusivamente por reacciones físicas y químicas. Hay que tener bien claro que la evolución de la materia inerte a la viva es una evolución meramente físico-química, basada en reacciones, sustratos y productos. Si extrapolamos esta visión a la visión darwinista, lo que diríamos es que existe una gran variedad de moléculas distintas que participan en reacciones distintas. Unas serán más estables que otras y por tanto estarán mejor adaptadas a su medio. Esa moléculas no sólo interaccionan entre sí sino también con el medio generando nuevas posibilidades de aparición de moléculas. Cuanto más estable sea una molécula, más tiempo podrá estar en el medio y por tanto más copias de sí misma podrá haber (un ácido en un entorno ácido durará más tiempo que una molécula alcalina en un entorno ácido, en el cual se neutralizará). Partiendo de esa base, y siguiendo una serie de reacciones químicas y físicas se puede obtener una protocélula funcional, tal y como se ha explicado anteriormente. Lo que diferencia un ambiente de gran diversidad molecular de un ente vivo es que este segundo tiene desde el punto de vista físico un grado de organización y orden muy superior y desde un punto de vista funcional además posee un metabolismo capaz de realizar las tres funciones primordiales.

Esta Fiscalía requiere una explicación sobre los dos conceptos expuestos, ya que interpretamos que la Ev. NO es el proceso de APARICIÓN de ningún nivel de vida, ya que como se dijo supra, la ciencia no puede hasta el momento explicar el proceso inicial.
Lo que  sí aceptamos, es que la Evolución es un proceso de CAMBIO.

Efectivamente, la evolución es un proceso de cambio. Pero a través de ese cambio se generan especies nuevas. Supongamos el caso de una población de individuos que debido a la aparición rápida de una barrera física (una cordillera, un río, un lago, un mar, etc.) es separada en dos. Al interrumpirse el flujo genético entre ambas subpoblaciones, al estar aisladas una de otra, los cambios que se puedan producir en ciertos individuos no se van a extender  a ambas, por lo que vamos a tener dos poblaciones heterogéneas entre sí, aunque homogéneas en su seno. Si la barrera persiste durante el tiempo suficiente, cada una de las poblaciones van a haber acumulado una cantidad tal de cambios que por un lado van a ser distintas a la especie original y además van a ser distintas entre sí, siendo imposible la reproducción entre ninguna de las tres. Esquemáticamente se representaría así:


..........A1----------B
A---------|-----------A
..........A2----------C

Este proceso, llamado especiación, es la consecuencia de la evolución y es así como podemos explicar la aparición de nuevas especies y nueva información. Del mismo modo, una misma especie, sin haber estado sometida a procesos de aislamiento, despues de varios millones de años habrá acumulado una gran cantidad de cambios, de tal modo que si comparáramos un individuo de hace varios millones de años con uno actual veríamos las suficientes diferencias para poder considerar a ambos como especies distintas. Esto se podría comprobar fácilmente al cruzarlos: los individuos de una misma especie dan descendencia fértil (esta es la definición básica de especie). Al cruzar un individuo de hace varios millones de años con uno actual, si no tienen descendencia o esta no es fértil, consideramos que ambos individuos pertenecen a especies diferentes. Por tanto, la evolución de un organismo siempre genera nuevas especies y nueva información.

Por otra parte, no resulta clara la afirmación del Defensor en cuanto a que la Ev. no implica mayor complejidad de los organismos vivos.
Un trilobite es anterior a un dinosaurio y el segundo es evidentemente más complejo que el primero.

Me gusta el ejemplo del dinosaurio por su propia naturaleza: los dinosaurios, a pesar de ser más complejos que los trilobites, o que las bacterias, fueron seleccionados para su extinción. Esto es prueba clara de que la evolución no elige a los más complejos sino a los mejor adaptados.

La Defensa ofrece como prueba la experiencia  Miller realizada medio siglo atrás para explicar la aparición de las primeras moléculas complejas.
Desde ya anticipamos que este argumento no podrá prosperar, habida cuenta que el mismo experimento ha sido repetido infinidad de veces, “tocando” las condiciones de mil maneras distintas, a veces con gran arbitrariedad, como es el caso de usar radiaciones solamente de onda corta sabiendo que las largas “quemarian” a los aminoácidos, y logrando siempre el mismo resultado: dos o tres aminoácidos.
Hasta el presente, no se ha logrado por ese medio la formación de los 20 aminoácidos que caracterizan a la Vida.

Temo que a la fiscalía le falta información. Poco tiempo después de los experimentos de Miller y variando las condiciones se llegaron a conseguir 17 de los 20 aminoácidos y bases púricas y pirimidínicas. En los sesenta ya se consiguieron "sucedáneos" de proteínas llamados protenoides. Gracias a estos estudios ahora conocemos mejor cuál era la composición de la atmósfera y que a partir de ciertos compuestos base (que aparecen en los experimentos llevados a cabo variando las condiciones iniciales de Miller) como son el ácido cianhídrico, formaldehído y cianoacetileno se pueden formar aminoácidos y bases nitrogenadas; bases pririmidínicas y azúcares respectivamente.

[Svyadov]

El Sr. Defensor deberá aclarar, ya que la Fiscalía lo considera un eje fundamental del debate, de qué manera ambientes acuosos pudieron facilitar el proceso de agrupación de moléculas simples en otras más complejas, si consideramos que el agua es un antagonista natural de cualquier polimerización, ya que produce el efecto exactamente inverso, no solo impide que la moléculas se agrupen, sino que a las que se agruparon, las disuelve en compuestos simples.

El agua no es ningún antagonista natural de las reacciones de polimerización, sino que es, de hecho, el medio en el que se producen la inmensa mayoría de las polimerizaciones, ya que el agua es una fase continua e inerte, que disminuye la viscosidad y es un buen agente para el intercambio de calor. La afirmación de que es un antagonista natural no sólo es falsa, sino que además contradice la experiencia física observada tanto a nivel biológico en las células como a nivel industrial con la formación de jabón o plásticos entre otros.

El proceso de formación de polímeros se ha explicado como una serie de reacciones químicas que tienen lugar en un medio bajo determinadas condiciones. Cuando ese medio está lo suficientemente condensado y hay el suficiente calor, las reacciones suceden de forma espontánea.

Requeriremos una minuciosa explicación de este proceso clave, ya que no nos conforma la expresión “apareció”; esa molécula primigenia con “información y capacidad de replicación”, parece ser la etapa final de un arduo proceso, pero que la Defensa todavía no ha explicado.

La aparición de la primera molécula con información y capacidad de replicación ha sido convenientemente explicada en el párrafo llamado "Mundo ARN. Mundo de las ribonucleoproteínas.".

¿De donde sacaron las moléculas la "instrucción" (llamémosle ADN) para agruparse en cadenas, y no solo eso, también para que ese ensamble “sepa cómo” recubrirse de una compleja membrana y llegue a tener vida?

No existen instrucción alguna en el ADN, o en las proteínas, que diga cómo se ensamblan ellas mismas ya que eso depende de sus propiedades físico-químicas. Tanto el ADN como las proteínas son polímeros formados por unidades más pequeñas, llamadas monómeros. La unión de diversos monómeros forma el polímero. Desde el punto de vista químico son moléculas que se unen. Esta unión se realiza por medio de las reacciones de polimerización, que en una fase prebiótica pudieron ser espontáneas aunque también han sido explicadas a través del llamado "gen cristalino"; y que en una fase biótica está catalizada por enzimas.

Acerca de cómo "saben" recubrirse de una membrana, ya se explicó en su momento que por azar las moléculas podrían penetrar en una micela y permanecer allí indefinidamente. Acerca de cómo los descendendientes pudieron recubrirse, la explicación es también muy sencilla: cuando hubiera una gran cantidad de replicas de ribonucleoproteínas dentro de una membrana, alguna de ellas sería empujada hacia la membrana provocando una evaginación. Está demostrado que tanto en las invaginaciones como en las evaginaciones, las membranas muestran una tendencia muy fuerte a cerrarse sobre si mismas para mantener la integridad de la membrana. Ello implica la formación de diversas "vesículas" externas a la protocélula madre en cuyo interior hubiese una ribonucleoproteína.

No podemos extendernos en el análisis de los mecanismos de replicación del ARN cuando la Defensa no nos ha explicado de qué manera  tuvo origen esa instrucción inicial.

Centrándonos en el punto de vista informacional del ARN, hay que tener en cuenta que una vez que se generaron una gran cantidad de ARNs, todos distintos, unos serían más estables que otros en el caso de que se produjeran zonas de autoapareamiento, pero ninguno de ellos llevaría una información determinada o una primera instrucción para sintetizar una proteína sino que todos llevaban instrucciones para la síntesis de proteínas. Dicho de otro modo, todos los ARNs, al ser diferentes, presentarían una amplia gama de información para la síntesis de diversas proteínas. Sin embargo, la aparición de la primera ribonucleoproteína no dependió de una relación informacional sino estocástica. Esta es una de las implicaciones que se extraen del segundo párrafo de la parte "Mundo ARN. Mundo de las ribonucleoproteínas.".  La aparición de esa instrucción inicial, fue, por tanto, una cuestión de azar.

Estamos de acuerdo, ahora necesitamos que la Defensa, nos explique CÓMO se llega a ese punto.

Invito a la fiscalía a releer el "Mundo ARN. Mundo de las ribonucleoproteínas." en el cual se explica dicho punto.

La defensa observa que la parte "Mundo ARN. Mundo de las ribonucleoproteínas." es la que genera más dudas en la fiscalía, por lo que quizá deberíamos concentrarnos en los problemas generados en ese punto resolviendo cuanto antes dichas dudas.

Un saludo.

[Svyadov]

Aunque no es objeto de este debate, simplemente decir que hay ciertos virus (los rotavirus si no recuerdo mal) que presentan ARN de doble hebra.

Efectivamente, los rotavirus poseen ARN de doble hebra. Sin embargo y siguiendo con la base argumentativa, no lo he incluido porque no considero que los virus sean seres vivos. Lo que tampoco he dicho es que los ARN además pueden presentar zonas de autoapareamiento (como los ARNt) incrementando su estabilidad.

Saludos, y de nuevo mi enhorabuena a Svyadov por la explicación.

Gracias, de verdad que se agradece que se valore un trabajo bien hecho, aunque también digo que se podría hacer mejor.

Un saludo.

[Svyadov]

Wenass

Estimado Armando Alvarez: si ha concluido sus preguntas con respecto al primer punto pasaré a contestar el segundo, a no ser que se sienta incómodo con este debate (tal y como asegura otro participante).

Un saludo.

[Beagle]

Lo del gen cristalino no lo he entendido. . .  ¿Puede alguien explicármelo?

Un saludo y gracias

[Svyadov]

Lo del gen cristalino no lo he entendido. . .  ¿Puede alguien explicármelo?

Un saludo y gracias

Imagina un cristal mineral. Ese cristal es la repetición una y otra vez de una estructura química. Esa estructura además tendrá varias cargas eléctricas a todo lo largo, repetidas igual que la estructura.  Un cristal mineral sirve de base para que se forme otro cristal mineral y conserva la información en la formación de cada nuevo cristal. Esto es lo que ocurre con las arcillas. Las arcillas tienen una gran tendencia a formar complejos de adsorción que son capas de iones ajenas a la estructura del cristal pero completamente pegados a ella. Estos complejos no sólo son capaces de crear más láminas de arcilla sino que además pueden catalizar otras reacciones. Las arcillas pueden adsorber compuestos orgánicos que hay en el agua y unirlos a ellas. Así tendríamos una serie de "replicadores cristalinos". Al principio tales replicadores sólo se encontrarían en sitios protegidos, pero después podrían aparecer en otros sitios, y algunos podrían incluso actuar de "depredadores" destruyendo otros replicadores y asimilando sus moléculas orgánicas para uso propio.

Dicho de otro modo: existirían arcillas que se replicarían con más facilidad que otras, y que, por tanto, tendrían más éxito pudiendo extenderse más que las demás. Las arcillas tienen la propiedad de que al unirse a otras moléculas pueden cambiar con facilidad su estructura mineral. Eso quiere decir que unas moléculas pueden hacer la estructura más estable, y otras pueden fragmentarla. Así que tendríamos muchos tipos de arcillas distintas, con unas propiedades distintas y que, gracias a su poder de catálisis, podrían conseguir determinadas moléculas que les ayudarían en sus propios procesos de replicación. En laboratorio se ha visto esto y además que las arcillas tienen cierta tendencia a rodearse de lípidos, lo cual incluso podría hacer que directamente una membrana lipídica protegiera un cristal de arcilla. Y esa arcilla puede autorreplicarse e incluso, gracias a sus propiedades estructurales, formar determinados complejos en la membrana como poros o conductos para el control del agua. Pasa el tiempo y el caldo prebiótico aparecería lleno de cristales minerales autorreplicativos, muchos de ellos rodeados por membranas.

Luego deberían aparecer las enzimas. No existía entonces información para la síntesis de enzimas determinadas, pero sí existían los aminoácidos. Los aminoácidos podían unirse unos a otros al azar y de forma libre. Las primeras enzimas serían rudimentarias, tan sólo unos pocos aminoácidos que a duras penas son capaces de catalizar una reacción determinada. Pero por poca que sea la ventaja, para una arcilla que necesita determinadas sustancias para replicarse sería una ayuda la presencia de una enzima que la ayudara en ese proceso. Así que determinadas uniones al azar de aminoácidos tendrían más éxito que otras, e incluso se irían perfeccionando. Ya tenemos arcillas cristalinas, con enzimas rudimentarias y todo el conjunto rodeado quizá de una membrana. El problema reside en que la arcilla puede replicarse, pero el conjunto no. Y aquí es donde el ARN entra en juego.

En un momento determinado, y por azar, un ARN cualquiera puede unirse a un cristal de arcilla. La unión será más o menos perfecta en función de las cargas electrostáticas. Pero aquí lo importante no es la unión, sino las consecuencias de la misma. Sabemos que una molécula orgánica puede cambiar la configuración físicoquímica de una arcilla. Lo mismo es aplicable al ARN. Un ARN que la cambia de tal modo que perjudique la replicación de la arcilla no sería adaptativo. Así que empiezan a proliferar ARNs que ayudan en la replicación de las arcillas. Y con el tiempo incluso es posible que algunas arcillas no puedan replicarse sin la presencia del ARN. Lógicamente, un ARN que además disponga de la información necesaria para autorrreplicarse sería mucho más adaptativo, ya que la arcilla no se vería limitada por una cantidad escasa de ARNs. En un momento determinado, el ARN es lo suficientemente independiente como para separarse de la arcilla y montar su propio chiringuito con una membrana medianamente estable y alguna enzima que le proporcione moléculas que le ayuden en su propia autorreplicación (ribozimas a fin de cuentas). Luego sería incluso más adaptativo que el ARN contuviera la información para la síntesis de esa enzima. El resto es evolución.

[Beagle]

A ver si lo he entendido. . .  Una molécula orgánica se fija a una determinado determinada clase de cristal, la cual tiene la propiedad de actuar como molde para que se forme una unión entre diéntico tipo de cristal y la misma molécula, dando lugar a una capacidad replicativa. . .  ¿Es algo así?

Menudo curro te has dado con las respuestas a estas cuestiones evolutivas ¿no? Enhorabuena, está muy interesante. . .  Un saludo y muchas gracias.

[Svyadov]

A ver si lo he entendido. . .  Una molécula orgánica se fija a una determinado determinada clase de cristal, la cual tiene la propiedad de actuar como molde para que se forme una unión entre diéntico tipo de cristal y la misma molécula, dando lugar a una capacidad replicativa. . .  ¿Es algo así?

El cristal ya de por sí puede autorreplicarse. Lo que pasa es que las arcillas, al ser capaces de formar complejos de adsorción, pueden unirse a moléculas orgánicas. Efectivamente el cristal sirve de molde para nuevos cristales, y si está unido a moléculas orgánicas, puede dar lugar a cristales distintos. Aquellas moléculas que mejoren la replicación de los cristales serán las que más éxito tengan.

Menudo curro te has dado con las respuestas a estas cuestiones evolutivas ¿no? Enhorabuena, está muy interesante. . .  Un saludo y muchas gracias.

Nada hombre, para eso estamos.