¿Cómo empezó la evolución?

El árbol de la pre-vida tiene dos raíces, 0 y 1, e infinitos linajes. El catalizador perfecto para la pre-vida es una cadena que mejora los índices de las reacciones químicas en su propio linaje (como se muestra en rojo para la cadena 0100). La catálisis parcial tiene lugar si una cadena cataliza algunas reacciones en su propio linaje (como se muestra en azul para la cadena 1000). Crédito de la imagen: Ohtsuki and Nowak.

La capacidad de la vida de replicarse a sí misma es esencial para la evolución, aunque hasta el tipo de replicación más simple requiere un sistema relativamente complejo. Por tanto, ¿qué tipo de sistema no replicante podría haber servido como predecesor de la evolución, allanando el camino para la vida como la conocemos? La respuesta, de acuerdo a un reciente estudio, es un tipo de “pre-vida” – un sistema químico que puede llevar a la información y diversidad, y que es capaz de la selección natural y mutación, pero no tiene la capacidad de autorreplicarse.

En su estudio, Hisashi Ohtsuki de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología y el Instituto Tecnológico de Tokio, junto a Martin Nowak de la Universidad de Harvard, han investigado cómo podría haber empezado la evolución. Tal y como explican los investigadores, el origen de la vida es una transición de la química a la biología, y ha sido ampliamente estudiado. Aquí, Ohtsuki y Nowak han presentado un modelo donde un sistema puramente químico (pre-vida) se hace más eficiente (pre-vida catalítica) y construye las secuencias necesarias para la replicación, dando como resultado final la vida. Publican su trabajo en un reciente ejemplar de la revista Proceedings of the Royal Society B.

“Como ya sabe, la capacidad de replicación es crítica para la vida”, dijo Ohtsuki a PhysOrg.com. “Podemos concebir varias formas de vida, tales como catalizadores pre-vida y replicadores, como en nuestro artículo. Estamos interesados en qué forma de vida es más eficiente y por tanto es seleccionada en la pre-vida (una sopa de compuestos químicos). El significado de nuestro estudio es que hemos demostrado matemáticamente por primera vez que los replicadores, los cuales tienen la capacidad de permanecer unidos a una secuencia creciente, tienen una gran ventaja sobre las otras formas de vida. La replicación normalmente se da por sentada en el estudio de la evolución. Creemos que nuestro resultado ofrece una justificación a por qué los replicadores son tan predominantes”.

En el modelo de los científicos, la pre-vida está hecha de dos tipos de monómeros (0 y 1) que se unen aleatoriamente para formar una cadena de polímeros. Añadiendo un 0 ó 1, se generan cadenas largas a partir de las cortas. Los investigadores crearon un árbol simple de la vida basándose en este proceso de crecimiento, donde se añade un 0 ó 1 al final de la cadena anterior para hacer una más larga. Aunque empieza con sólo un monómero, este árbol de la pre-vida tiene infinitos linajes.

Como explican los investigadores, algunas de estas secuencias pre-vida son catalizadores, y pueden mejorar ciertas reacciones en la pre-vida. Específicamente, incrementan el índice al cual los monómeros son añadidos a secuencias en las reacciones pre-vida que los crearon. Cuando mayor es el índice al cual las reacciones crean un cierto catalizador pre-vida, más habrá. Según encontraron los investigadores, las secuencias más seleccionadas entre los catalizadores pre-vida son secuencias pre-vida catalizadas perfectamente (esas que mejoran los índices de todas las reacciones en la cadena).

“La pre-vida se refiere a las reacciones químicas en una sopa de compuestos químicos que consta de aminoácidos, ácidos fosfóricos, nucleobases, etc.”, explica Ohtsuki. “Más sencillamente, la pre-vida aporta ‘materiales’ para la vida. Pero la pre-vida no tiene una capacidad de replicación, debido a que no puede catalizar ninguna reacción. La vida catalítica es un gran paso adelante para la vida, debido a que puede mejorar ciertas reacciones. Un candidato muy prometedor para la vida entre los catalizadores pre-vida son aquellos que pueden catalizar sus propias reacciones de cadena. Creemos que la capacidad catalítica es un gran paso, aunque no suficiente para el surgimiento de la vida, como hemos mostrado en nuestro artículo: necesitamos otro paso, y éste es el de los replicadores”.

Los replicadores – por ejemplo, una secuencia simple de todo monómeros a 0 – están entre la secuencia que puede crear la dinámica pre-vida. La diferencia entre un replicador y un catalizador perfecto de pre-vida, como explican los investigadores, es que un catalizador pre-vida se une a una secuencia para incrementar el índice al cual se añade un monómero activado, y luego, él mismo se separa. Por contra, un replicador permanece unido a la secuencia en crecimiento.

“La diferencia fundamental está en que los replicadores pueden permanecer unidos a la secuencia en crecimiento de tal forma que pueden ‘crecer’ con ellas”, explica Ohtsuki. “Haciendo esto, los replicadores tienen que unirse a una plantilla sólo una vez para completar la replicación. Por otra parte, los catalizadores pre-vida tienen que unirse y separarse de la secuencia objetivo muchas veces, dado que en cada reacción el objetivo aumenta en uno su tamaño. Por tanto, un catalizador pre-vida más largo debe catalizar sus reacciones de cadena un número de veces, dando como resultado una replicación ineficiente”.

En general, los replicadores tienen ciertas ventajas sobre la pre-vida catalítica que provocan que los replicadores sean seleccionados sobre la pre-vida. Como explican los investigadores, la competición en marcha entre la pre-vida y la pre-vida catalítica crea cierto umbral de selección que limita la longitud de las secuencias. Y más importante, los investigadores encontraron que la actividad catalítica debe incrementarse exponencialmente con la longitud de la secuencia para mantener su abundancia alta; de otro modo una secuencia más larga se hace menos abundante. Por contra, el umbral de la actividad del replicador converge a un valor fijo, lo que sugiere que incluso los replicadores largos pueden mantener su alta abundancia. Para los replicadores, el índice de replicación crítica es casi independiente del índice del replicador. Dado que los catalizadores de la pre-vida y los replicadores compiten por los mismos recursos (monómeros), esta capacidad de crecer más es lo que da a los replicadores su ventaja, llevando finalmente al origen de la evolución.


Más información: Hisashi Ohtsuki and Martin A. Nowak. “Prelife catalysts and replicators.” Proceedings of the Royal Society B. doi:10.1098/rspb.20091136

Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 28 de septiembre de 2009
Enlace Original

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Comments (8)

  1. Este tema de evolucion, pero a pesar que investigamos no sacamos exacto las respuesta, solo hay teoria.

  2. Jurl

    Bueno, lo de la pre-vida les ha quedado que se caga la perra, menudo palabro xD.

    Este tema me recuerda a la teoría del escocés aquel sobre las arcillas (Graham Cairns-Smith), me pareció una buena idea porque buscaba apoyarse en un “andamio” que desaparece una vez hecha la obra. Pero esto de los japoneses no me convence, es más de lo mismo pero con marketing y sofisticación.

  3. :S llevaba varios días escribiendo un post justamente de que se pueden entender los diferentes códigos genéticos como nodos en un grafo, maldita sea, voy a tener que publicarlo inconcluso para que no parezca que les copie a estos investigadores.

    • Turok

      Pues ahora que lo dices diría que me suena haber leído algo sobre códigos genéticos como nodos en un grafo, aunque quizás no era un asunto referido exactamente a la evolución biológica, sino más bien a la evolución del universo.De todos modos la biología esta dentro del universo e igual se podría aplicar la teoría de grafos a la codificación genética.

  4. Kanijo, el link al doi no funciona, le falta un punto, el correcto es http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2009.1136

  5. Ah! por cierto, olvidaba que Nowak suele tener sus papers en PDF en su página web: http://www.fas.harvard.edu/~ped/people/faculty/publications_nowak/OhtsukiPRSB09.pdf

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