l'origen de la vida (IV): Teoria endosimbiòtica

Fa uns 1500 milions d'anys les cèl·lules eucariotes van aparèixer per les raons que esmentaren en el post anterior. Les cèl·lules eucariotes procedeixen de una cèl·lula procariota ancestral anaeròbia que va augmentar les seues dimensions i adquirint progressivament membranes internes, per les invaginacions de la membrana plasmàtica, i la formació del nucli i els orgànuls ( com el reticle endoplasmàtic, lisosomes, l'aparell de Golgi, etc.). Aquesta cèl·lula eucariota primitiva de gran grandària s'alimentava de altres cèl·lules per la això segurament tindria citoesquelet també. La teoria que sosté aquest procés és diu; teoria endosimbiòtica formulada per Lynn Margulis.

Lynn Margulis

Lynn Margulis, una biòloga nord-americana i catedràtica d'universitat, va difondre la teoria endosimbiòtica, que com hem explicat abans explica l'origen de les cèl·lules eucariotes per d'incorporació d'una cèl·lula dins d'altra. La inclusió d'una cèl·lula procariota dins una altra cèl·lula hauria originat orgànuls energètics com els mitocondris i els cloroplasts i la prova directa de açò seria  que tenen un DNA propi.

Els mitocondris i cloroplast serien orgànuls que evolucionaren a partir de bacteris que van ser fagocitats a la cèl·lula ancestral.



Segons aquesta teoria, els mitocondris apareixerien en la cèl·lula gracies a la relació simbiòtica on els dos obtenien benefici, la cèl·lula i el bacteri aeròbica de la qual prové el mitocondri, i els dos és convertiren en indispensables per a la vida d'un i del altre. És crea una relació simbiòtica, perquè gracies al mitocondri la cèl·lula va obtindre la capacitat de realitzar la respiració anaeròbia (obtindre molta més energia), i el mitocondri obtenia el "combustible" necessari per fer les seues funcions de la cèl·lula.

Els cloroplasts, segons la teoria, és van adquirir més tard (fa uns 1750 milions d'anys), ja que les cèl·lules ja posseïen els mitocondris quan és va produir la fagocitosis de bacteris fotosintètics, que també crearen una relació simbiòtica. Va ser aquest grup de cèl·lules eucariotes fotosintètiques del qual és formaren els diversos grups vegetals.

Els factors que potencien aquesta teoria no és sol l'ADN paregut al bacterià que posseeixen el mitocondris i cloroplast, si no també la presència de ribosomes de tipus bacteri, que fa que és divideixen paregut als bacteris. A més a més el genoma d'aquest orgànuls està organitzat com el dels bacteris, és circular i es troba lliure sense cap coberta. Altre factor no tant important és la similitud morfològica i   l'estructura de dobles bicapes lipídiques que també és semblant a la de alguns bacteris.

En conclusió, gracies al major rendiment energètic pel seu metabolisme aeròbic, les cèl·lules eucariotes s'associaren formant colònies, que cada vegada més coordinades donaren lloc, fa uns 650 milions d'anys, als primers organismes pluricel·lulars.

Representació de la teoria endosimbiòtica.

Ací teniu un video resum, i també una entrevista amb Lynn Margulis 

l'origen de la vida (II) Les macromolècules

Gràcies a la ciència actual i a tots els experiments que s'han anant fent des de els anys 50, podem afirmar que la vida al nostre planeta va sorgir espontàniament al que podem anomenar "Terra Primitiva" (com vam explicar al post anterior).

Dibuix representatiu de la terra primitiva

Després de estudiar les circumstancies propícies de la terra primitiva i les condicions ambientals per les quals les petites molècules inerts (sopa primitiva prebiòtica)  van sofrir reaccions químiques que conduirien a desenvolupar una progressiva complexitat en elles. Ens fem una pregunta; ¿Quines van ser les macromolècules que van originar la vida?

Els organismes vius estem formats amb macromolècules que és construeixen a partint d'estructures més simples. Un exemple de açò serien les proteïnes que són simples cadenes de aminoàcids, però elles són les responsables de la major part de les estructures i de les accions vitals. Podríem dir que les proteïnes i els àcids nucleics són els compostos més importants per explicar l'aparició dels primers organismes.

Les característiques dels àcids nucleics els fa indispensables per la vida. L'estructura particular en la qual una cadena de pentoses-fosfat esta unida a una part variable com són les bases nitrogenades, però que també pot ser constant si és uneix complementariament per parelles ( Adenina-Timina, Adenina-Uracilo, Guanina-Citosina). Per aquesta raó són portadors de la informació genètica, que passarà per la transcripció a la traducció a les proteïnes .

Però, ací esta el gran dilema. Per la replicació d'àcids nucleics fa falta també un concurs de proteïnes, ja que aquestes aporten les seues propietats catalitzadores de reaccions químiques. És a dir, els dos és necessiten mutualment; les proteïnes necessiten la informació dels àcids nucleics per la la seua formació i repetició, i els àcids nucleics necessiten de les propietats de les proteïnes per poder formar-se en estructures més complexes (ADN i ARN).

Estructura del APN

Per poder resoldre-lo, és repassaren les propietats de cadascú. Encara que en l'ADN no hi ha inestabilitat química, perquè si no s'utilitzaria com magatzem de material genètic, hi ha petites molècules de ARN funcionals (com ARN transmissor). Aquestes, pateixen de inestabilitat química, però també tenen propietats catalitzadores, i contribueixen tant al plegat de molècules de ARN com de proteïnes. D'aquesta manera és va trobar un nou tipus de macromolècula; anomenada àcid peptidinucleic (APN)

Com és pot observar a l'estructura del dibuix, presenta: bases nitrogenades penjades lateralment de un polipèptid. Gracies a aquesta estructura tindrà les següents característiques; 

- Gran versatilitat ja que permet la fusió de dos cadenes entre les bases complementaries (A-T, A-U, C-G) per ponts d'hidrogen. 

- Major estabilitat front un ambient enzimàtic.

- Major estabilitat química que l'ADN i l'ARN. 

Estructures de el ADN, APN i una proteïna comparades entre si

Encara que presenta aquestes magnifiques característiques; a diferencia de l'ARN i la proteïna no presenta una funció catalitzadora o enzimàtica. Tampoc en comparació amb els àcids nucleics presenta totes les característiques necessaries, ja que moltes vegades les dues cadenes complementaries de l'APN resulten difícils de separar, per la seua pròpia duplicació.

Supose que els científics volen trobar eixa biomolècula que tinga la capacitat de transferir-se, recopilar-se a si mateixa, tindre una funció catalitzadora i, a més a més, posseir l'estructura de les proteïnes. Així, no pararan de estudiar, buscar i experimentar per trobar la solució a totes les preguntes que envolten l'origen de la vida.  

l'origen de la vida (I): La Terra Primitiva

Les circumstancies propícies i les condicions ambientals per la qual la sopa primitiva prebiòtica van sofrir reaccions químiques, que conduirien a desenvolupar una progressiva complexitat en elles (macromolècules), és el que anomenem la Terra Primitiva.

Terra Primitiva

Va ser gràcies a Stanley Miller i els seus experiments en l'origen de la química prebiòtica, que vam fer grans desenvolupaments en aquest tema, i gràcies concretament al experiment clàssic que realitza Miller al 1952 sobre la síntesis de compostos orgànics de la Terra Primitiva.

Stanley Miller

Miller és va dedicar a dissenyar experiments de laboratori per provar les hipòtesis propostes o elaborar altres. Ell no podia estudiar a la geologia per obtindre un registre directe dels origens de la vida; ja que les roques sedimentaries més antigues que coneixem son de fa uns 3800 Ma, i ja mostren indicis de activitat biològica.

Així, quan ell era un estudiant universitari diplomàtic, mentre treballava en el laboratori de Harold Urey (Premi Nobel de Química), en d'universitat de Chicago va fer el experiment pel que és conegut.  Ell pretenia reproduir un microcosmos de la Terra Primitiva. Per fer això, va utilitzar dos recipients de vidre, que simulaven l'atmosfera i l'oceà primitiu; connectant-ho mitjançam tubs.

Xemeneies Submarines

Va utilitzar al recipient "atmosfera" una barreja de gases que suposadament formaven l'atmosfera primitiva: metà, amoníac, hidrogen i vapor d'aigua. Ell és va central molt en la "recepta" de la atmosfera, ja que sols funcionaria si l'atmosfera es forment reductora. És a dir, si aquesta desproveïda de oxigen i te una gran quantitat de hidrogen, metà o amoníac. Encara que en els últims anys, noves dades sobre la composició de l'atmosfera primitiva, diuen que és menys reductora del que Miller va suposar, i si és repeteix el experiment amb gases menys reductors s'obtenen pitjors resultats. També en els últims anys; proposen una alternativa al experiment de Miller, ja que no pensen que va tindre lloc en l'atmosfera-oceà, si no a les xemeneies hidrotèrmiques marines. Aquesta hipòtesis és basa en els resultats de l'activitat volcànica submarina, l'aigua calenta arrossega quan ix una gran quantitat de substancies minerals que reaccionen en un ambient sense oxigen.

Com va funcionar la simulació experimental de Miller?

Dibuix de l'experiment de Miller

Com ja havien dit abans; va utilitzar al recipient "atmosfera" una barreja de gases que suposadament formaven l'atmosfera primitiva: metà, amoníac, hidrogen i vapor d'aigua. En l'altre recipient, és simulava l'oceà, va posar 200 mL d'aigua bullint, i així els gasos es mourien pel tub que estava fred. El vapor és condensava al refredar-s'hi i és tornava el oceà, on tornava a bullir. A més, a més l'atmosfera rebia descarregues elèctriques continues.

Va mantindre el procés durant un dies i l'oceà canvià de color. Miller analitzà el contingut i va trobar un resultat espectacular, set aminoàcids i diversos àcids grassos.

Aquest experiment va impactar i impacta a la comunitat científica; ja que va ser un gran descobriment per apropar-se al misteris de l'origen de la vida.

Per més informació consulteu la Revista Mètode.