¡Aquella célula replicante!

Somos el Producto de Mensajes Genéticos

En julio de 1997, un grupo de científicos de una Universidad norteamericana, distribuyeron fotografías de una guitarra no mayor que un glóbulo rojo humano. Sus cuerdas apenas tenían cien átomos de grosor. Este instrumento liliputiense estaba esculpido en silicio cristalino, utilizando una técnica de gravado que utiliza un haz de electrones. Pretendía ser un reclamo publicitario, pero ilustraba espectacularmente un desarrollo tecnológico importante: ahora pueden hacer máquinas que son demasiado pequeñas para que puedan verse a simple vista. Los científicos han fabricado engranajes invisibles, motores del tamaño de una cabeza de alfiler, y conmutadores electrónicos tan minúsculos como moléculas individuales.

Una célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. De este modo, puede clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean: si sólo tienen una, se les denomina unicelulares (como pueden ser los protozoos o las bacterias, organismos microscópicos); si poseen más, se les llama pluricelulares En estos últimos el número de células es variable: de unos pocos cientos, como en algunos nematodos, a cientos de billones (10¹⁴), como en el caso del ser humano.. Las células suelen poseer un tamaño de 10 μm y una masa de 1 ng, si bien existen células mucho mayores.

Ingenieros de cierta Empresa de computación han sido capaces incluso de imprimir las iniciales de la Compañía átomo a átomo sobre una superficie cristalina. El campo en desarrollo de la nanotecnología –construcción de estructuras y dispositivos que miden en la escala de milmillonésimas de metro- promete revolucionar nuestras vidas.

Estas hazañas de microingeniería son impresionantes por sus implicaciones, pero no debemos perder de vista el hecho de que la Naturaleza las consiguió primero. Me explico: Cada célula está repleta de diminutas estructuras que podrían haber salido directamente del manual de un ingeniero. Abundan las pinzas, tijeras, bombas, motores, palancas, válvulas tubos, cadenas e incluso vehículos minúsculos. Pero, por supuesto, la célula es más que una simple caja de artilugios. Los diversos componentes encajan para formar un todo que funciona sin problemas, como una elaborada línea de montaje de una fábrica. El asombro de la vida no es que esté hecha de nanoherramientas, sino que estas minúsculas piezas diversas están integradas de una forma fuertemente organizada.

            A más organización será difícil que se llegue alguna vez: ¡La Vida! ¡Los pensamientos!

¿Cuál es el secreto de esta sorprendente organización? ¿Cómo puede ser obra de átomos estúpidos? Tomados de uno en uno, los átomos solo pueden dar empujones a sus vecinos y unirse a ellos si las circunstancias son apropiadas. Pero colectivamente consiguen ingeniosas maravillas de construcción y control, con un ajuste fino y una complejidad todavía no igualada por ninguna ingeniería humana. De algún modo la Naturaleza descubrió cómo construir intrincadas máquinas que llamamos célula viva, utilizando sólo todas las materias primas disponibles, todas en un revoltijo. Repite esta hazaña cada día en nuestros propios cuerpos, cada vez que se forma una nueva célula. Esto ya es un logro fantástico. Más notable incluso es que la Naturaleza construyó la primera célula a partir de cero. ¿Cómo lo hizo?

Como físico teórico hecho así mismo, algo ingenuo y con un enorme grado de fantasía en mis pensamientos, cuando pienso acerca de la vida a nivel molecular, la pregunta que se me viene a la mente es: ¿Cómo saben lo que tienen que hacer todos estos átomos estúpidos? La complejidad de la célula viva es inmensa, similar a la de una ciudad en cuanto al grado de su elaborada actividad. Cada molécula tiene una función específica y un lugar asignado en el esquema global, y así se manufacturan los objetos correctos. Hay mucho ir y venir en marcha. Las moléculas tienen que viajar a través de la célula para encontrarse con otras en el lugar correcto para llevar a cabo sus tareas de forma adecuada.

Todo esto sucede sin un jefe que dé órdenes a las moléculas y las dirija a sus posiciones adecuadas. Ningún supervisor controla sus actividades. Las moléculas hacen simplemente lo que las moléculas tienen que hacer: moverse ciegamente, chocar con las demás, rebotar, unirse. En el nivel de los átomos individuales, la vida es una anarquía: un caos confuso y sin propósito. Pero, de algún modo, colectivamente, estos átomos inconscientes se unen y ejecutan, a la perfección, el cometido que la Naturaleza les tiene encomendados en la danza de la vida y con una exquisita precisión.

Ya más recientemente, evolucionistas tales como el inglés Richard Dawkins, han destacado el paradigma del “gen egoista”, una imagen poderosa que pretende ilustrar la idea de que los genes son el objetivo último de la selección natural. Los teóricos como Stuart Kauffman, asociado desde hace tiempo al famoso Instituto de Santa Fe, donde los ordenadores crean la llamada vida artificial, insisten en la “autoorganización” como una propiedad fundamental de la vida.

¿Puede la ciencia llegar a explicar un proceso tan magníficamente autoorquestado? Muchos son los científicos que lo niegan al estimar que, la Naturaleza, nunca podrá ser suplantada ni tampoco descubierta en todos sus secretos que, celosamente nos esconde. Sin embargo…Tengo mis dudas. Ellos piensan que la célula viva es demasiado elaborada, demasiado complicada, para ser el producto de fuerzas ciegas solamente y, que debajo de esa aleatoriedad y de un falso azar, deben estar escondidas otras razones que no llegamos a alcanzar. La Ciencia podrá llegar a dar una buena explicación de esta o aquella característica individual, siguen diciendo ellos, pero nunca explicará la organización global, o cómo fue ensamblada la célula original por primera vez.

Claro que, negar el poder de la Ciencia es, ir demasiado lejos. La Ciencia debe ofrecer, finalmente, una explicación convincente del origen de la vida, pero sólo si el problema se aborda desde dos niveles:

Los protobiontes fueron los precursores evolutivos de las primeras células procariotas. Los protobiontes se originaron por la convergencia y conjugación de microesferas de proteínas, carbohidratos, lípidos y otras substancias orgánicas encerradas por membranas lipídicas. El agua fue el factor más significativo para la configuración del endoplasma de los protobiontes.

–         El primero en el nivel molecular. En este es donde se han hecho progresos más impresionantes. Durante la última década la Biología molecular ha dado paso gigantesco en dilucidar qué moléculas hace qué. Siempre se encuentra que las nanomáquinas de la Naturaleza actúan según leyes y fuerzas físicas perfectamente normales. No se ha descubierto ningún tejemaneje raro. Sería erróneo, sin embargo, suponer que las moléculas son todo lo que hay en la vida. No explicamos la vida catalogando sus actividades moleculares, de la misma forma que no explicamos el genio de Mozart o Einstein determinando como trabaja una neurona. Para utilizar el tópico, el todo es más que la suma de las partes. La misma palabra “organismo” implica cooperación en un nivel global que no puede captarse en el estudio de los componentes individuales. Sin comprender su actividad colectiva, la tarea de explicar la vida está hecha solo en parte.

–         La reproducción, esa podría ser la segunda parte. ¡Replicarse! ¡Replicarse! Es una propiedad definitoria de la Vida. Sin ella, y en ausencia de inmortalidad, toda la vida cesaría más tarde o más temprano. Durante mucho tiempo los científicos tuvieron una idea muy pobre de cómo se reproducen los organismos. Unas vagas nociones relativas a genes invisibles que transmiten mensajes biológicos de una generación a la siguiente revelan muy poco acerca del funcionamiento real de las células. No obstante, con la llegada de la Biología Molecular y el descubrimiento del ADN, el misterio fue finalmente resuelto. Reducido a sus aspectos esenciales, el secreto de la reproducción está en la replicación molecular. La idea de una molécula que hace una réplica de sí misma puede parecer más bien mágica, pero en realidad resulta ser bastante sencilla. El principio subyacente es, de hecho, un ejercicio de geometría elemental.

El primer punto que captar quizá sea obvio, pero tiene una importancia crucial: las moléculas tienen formas definidas. Las moléculas orgánicas no son simples gotas más o menos esféricas, sino que disponen de todo tipo de apéndices, tales como brazos, codos, cavidades y anillas. Aunque las fuerzas interatómicas dictan a que adherirse (o qué repeler), es la estructura global tridimensional de las moléculas orgánicas las que determinan en general, sus capacidades biológicas: Los filósofos pitagóricos, quiénes creían que la geometría era la clave del universo, se habrían sentido encantados con ello.

Con un microscopio electrónico podremos llegar muy lejos en el universo de lo muy pequeño. Con un aumento relativamente pequeño, podemos ver las células de la piel, cada una con un aspecto tan grande y complejo como una ciudad, y con sus límites delineados por la pared celular. Si elevamos el aumento, veremos dentro de la célula una maraña de ribosomas serpenteando y mitocondrias ondulantes, lisosomas esféricos y centríolos, cuyos alrededores están llenos de complejos órganos dedicados a las funciones respiratorias, sanitarias y de producción de energía que mantienen a la célula.

Los datos históricos del ADN contribuyeron a ir aportando luces sobre su composición y estructura. Pero ninguno de ellos era realmente concluyente, hasta que Watson y Crick, recogiendo estos datos y otros relativos a las características moleculares de las bases nitrogenadas, proponen lo que se conoce como modelo de la doble hélice.

El modelo no sólo resultaba coherente con las pruebas disponibles entonces, sino que, haciendo alarde de una gran intuición, les permitió, tan solo unos meses más tarde, avanzar una hipótesis sobre el mecanismo de duplicación de la molécula, requisito indispensable para justificar su papel de material genético, que ya había sido reconocido desde los experimentos realizados por Avery, MacLeod y McCarty en 1944.

El ADN es el banco de datos genético, y la replicación de esta macromolécula está en el corazón de la reproducción biológica. Permitidme describir cómo hace el ADN para copiarse así mismo, utilizando simple geometría. La estructura del ADN es la famosa doble hélice que descubrió Crick Watson a principio de los años cincuenta. Su forma se muestra esquemáticamente….

Bueno, no podemos hacer aquí una narración completa de lo que actualmente la ciencia entiende que es la vida, y, lo dejaremos en esta sencilla explicación de algunos de sus complejos sistemas que, por otra parte, nos van dando una idea de cómo funcionan algunas de las regiones que están implicadas en eso que llamamos vida y que, sin temor a equivocarnos, podríamos decir que es, la más grande complejidad presente en el Universo.

Si algún día me encuentro con ánimos suficientes, quizá os hable sobre la paradoja del Huevo y la Gallina que, no es, precisamente, el cuento de nunca acabar, sino que, aunque no lo creáis, tiene una explicación lógica.

emilio silvera

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