El mundo ARN como hipótesis para el origen de la vida

Felipe Aizpun

El enigma del origen de la vida es el rompecabezas del huevo y la gallina. La dependencia recíproca de los ácidos desoxirribonucleicos (ADN) y las proteínas no tiene una solución fácil en términos naturalistas. Por eso los escenarios imaginados para explicar el origen fortuito de las primeras formas vivas resultan muy poco convincentes. De las distintas teorías imaginadas, la que de forma más extendida ha ocupado los esfuerzos pensantes de nuestra clase científica es la hipótesis conocida como “RNA world”, el mundo ARN, o la quimérica propuesta de un mundo viviente sustentado por moléculas de ARN capaces de autoreplicarse y generar actividad biológica que posteriormente y con el tiempo acabaría dando paso a la vida tal como hoy la conocemos. La he llamado quimérica porque ninguna actividad biológica conocida se comporta como presupone la existencia de un modelo tal. La propuesta del mismo tiene como finalidad tratar de aportar la hipótesis que más puede aproximarse a ofrecer una solución verosímil al problema del huevo y la gallina, ¿qué fue primero, las proteínas o el ADN?

El primero en proponer este modelo fue el prestigioso microbiólogo de la Universidad de Illinois Carl Woese. Básicamente, en la forma en que las conocemos, las proteínas cumplen diversas funciones pero entre ellas una especialmente importante, la de catalizar reacciones químicas esenciales en los procesos de la vida (enzimas), mientras que el ADN cumple principalmente la función de almacenar información y servir de molde o modelo para la construcción de hebras de ARN que posteriormente traducidas permiten la construcción de las proteínas necesarias para las múltiples funciones del organismo. La construcción de las proteínas precisa a su vez de un número significativo de otras proteínas que operan como la maquinaria de una factoría. Pues bien, el “RNA world” es la hipótesis que propone un mundo viviente primigenio en el que tanto la función de almacenamiento y depósito de información como la de catalizador de reacciones imprescindibles para la vida recaería en moléculas de ARN que han demostrado experimentalmente su capacidad para realizar, al menos parcialmente, ambos cometidos.

En concreto sería como sigue:

1. Las moléculas básicas de ARN aparecerían de manera espontánea en la Tierra primitiva y se unirían formando cadenas de oligonucleótidos

2. Ribozimas (enzimas de ARN) producirían la síntesis de proteínas a partir de cadenas de ARN

3. Posteriormente un sistema de producción de proteínas mediante otras proteínas remplazaría al sistema inicial

4. Más adelante, las moléculas de ADN harían su aparición por un mecanismo conocido como transcripción inversa a partir de cadenas de ARN

Stephen Meyer ha estudiado de manera exhaustiva los problemas asociados al modelo del mundo ARN en su afamado libro “Signature in the Cell” (cuya traducción al español seguimos esperando) y ha argumentado de forma convincente la poca verosimilitud de la propuesta. Veamos cuáles son las razones que le llevan a desconfiar de la misma y a mantener incólume su convicción de la necesidad de una causación inteligente en el origen de la vida tal como la conocemos.

La primera razón esgrimida por Meyer es la dificultad más que notable para la formación espontánea de los bloques originarios anunciados para generar las cadenas de ARN, y que incluiría, un azúcar llamada ribosa, fosfatos y las cuatro bases esenciales, adenina, citosina, guanina y uracil. Diversos experimentos y opiniones muy respetables apuntan a la dificultad de la generación espontánea de algunas de estas moléculas en las condiciones de una Tierra primitiva y en concreto, y en palabras no muy lejanas del mismísimo Stanley Miller (ya saben, el del famoso experimento Urey-Miller), la idea de que las bases originarias pudieron estar disponibles en la Tierra primitiva “no está sustentada por el conocimiento existente de la química básica de estas sustancias”. Más problemática todavía se ha evidenciado la producción de ribosa en idénticos escenarios; de hecho el ambiente rico en nitrógeno necesario para la generación de las bases impediría la formación de la ribosa, si bien ambos elementos son necesarios a un mismo tiempo para el desarrollo del modelo.

Otro de los problemas es que aún siendo cierto que las moléculas de ARN han demostrado su capacidad para realizar ciertas funciones propias de algunas proteínas, dando pábulo así a la hipótesis estudiada, en realidad las moléculas de ARN susceptibles de emerger de forma natural tienen muy pocas de las capacidades enzimáticas propias de las proteínas y el alcance conocido de sus capacidades queda muy por debajo del mínimo necesario para sustentar un modelo capaz de hacer creíble la emergencia de alguna forma de vida. En palabras de Meyer pretender otra cosa sería como sostener que un carpintero puede construir una casa con la ayuda de un martillo porque el martillo puede ser útil en alguna de las operaciones que intervienen en la construcción del edificio.

La dificultad más evidente es que resulta implausible la existencia de un modelo basado solamente en moléculas de ARN capaz de almacenar información codificada para su traducción. Recordemos que el sistema conocido de transcripción y traducción exige la presencia en el proceso de un elevado número de máquinas proteicas que desempeñan una gran variedad de tareas; sólo el ribosoma donde tiene lugar el proceso de traducción es un artefacto molecular en cuya formación participan cincuenta proteínas diferentes y se precisan igualmente más de 50 tipos de ARN de transferencia y veinte aminoacil ARNt sintetasas diferentes (enzimas específicas para la asignación del aminoácido concreto requerido en cada paso del proceso de traducción). Además, muchas de las proteínas presentes en el proceso ejecutan funciones múltiples y catalizan transformaciones químicas coordinadas en diferentes etapas. Los estudios de que disponemos por parte de los científicos que abogan por este tipo de modelos han llegado a documentar, es cierto, la capacidad de las moléculas de ARN para realizar algunas de las funciones requeridas en un proceso de esta naturaleza. Pero como argumenta Meyer, el proceso sólo resulta verosímil en la medida en que se pueda defender que todas las reacciones que son imprescindibles para el modelo pueden ser ejecutadas por las moléculas intervinientes, y esto es algo que estamos muy lejos de poder proclamar.

Así por ejemplo, algunos ingenieros moleculares han llegado a identificar moléculas de ARN capaces de catalizar la reacción para la formación de un enlace con los aminoácidos leucina y fenilalanina. Pero nada nos pueden ofrecer con relación a los otros dieciocho aminoácidos intervinientes en los procesos de la vida. Igualmente tampoco hay en el mundo ARN ninguna molécula capacitada para realizar las funciones de los ARN de transferencia, es decir, que cuenten con los anticodones específicos necesarios para mantener la eficacia de un código genético. Tampoco se ha encontrado molécula alguna de ARN capaz de conducir un aminoácido a un previamente identificado destino entre otras moléculas de ARN específicas como sería un ARN de transferencia, tal como ejecuta la que a la postre es la clave del sistema que garantiza la eficacia perenne del código genético como hoy lo conocemos, la aminoacil ARNt sintetasa.

La razón de esta deficiencia no es casual, hay una explicación para ello que descansa en la misma constitución química de las moléculas. Básicamente las moléculas de ARN carecen de la estructura química necesaria para realizar funciones complejas de catálisis como las que sí pueden hacer las enzimas especializadas merced a su compleja geometría tridimensional que les permite mantener las distintas moléculas involucradas en los diferentes pasos de la reacción juntas y así poder coordinar sus interacciones.

Pero el argumento más convincente de los esgrimidos por Meyer en su obra es, como no podía ser de otra manera, que el modelo del mundo ARN, como cualquier otra propuesta naturalista, carece de justificación para el fenómeno que caracteriza los procesos de la vida de manera específica y esencial, y es la aparición de la información prescriptiva que gobierna la creación del fenotipo y la forma biológica en general. En efecto, el modelo del mundo ARN surge desde una perspectiva específicamente mecanicista y tiene por objeto buscar un sistema alternativo a la realización de un proceso mecánico, es decir, a la realización de una función conocida pero con otra maquinaria diferente o con sistemas de producción menos complejos. Sin embargo, la propuesta olvida que lo que define los procesos de la vida no es tanto la maquinaria que ejecuta las diversas funciones como la información que prescribe tal ejecución y que se orienta a la producción de resultados funcionales óptimos y formas biológicas ideales (no por perfectas sino por representativas de una concreta ideación). El modelo del mundo ARN se limita simplemente a dar por hecho o a ignorar sencillamente la existencia de dicha información prescriptiva.

El enigma que debemos explicar en los procesos de la vida es el enigma de la emergencia de las secuencias concretas genéticas que contienen las claves para la producción de los bloques de la vida y que no pueden ser presumidas ni como el resultado de una inimaginable casualidad dada la improbabilidad de las mismas ni como consecuencia de un procedo física o químicamente determinado. Las secuencias de los segmentos del ADN como las secuencias significativas de los segmentos de una molécula de ARN en el mundo alternativo son perfectamente arbitrarias, ninguna base ocupa en la cadena un puesto necesario fruto de algún tipo de afinidad inevitable y ninguna relación unívoca entre un codón y un aminoácido es tampoco un dato explicable por la determinación de las leyes naturales que conocemos. De esta forma cualquier propuesta de auto-organización de las bases en secuencias con valor prescriptivo carece de justificación.

Pues si los argumentos de Meyer resultan más que convincentes, sírvannos de preámbulo para dar la bienvenida a un reciente estudio ampliamente comentado en círculos científicos y que ha terminado por poner contra las cuerdas la credibilidad de una hipótesis de un mundo ARN como fórmula para el origen espontáneo de la vida en un mundo inanimado. Pero eso será objeto de un próximo comentario.

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