Hace cuatro mil millones de años surgieron los primeros precursores moleculares de la vida, arremolinados en la sopa primordial de sustancias químicas de la Tierra. Aunque la identidad de estas moléculas sigue siendo objeto de un debate controvertido, los científicos coinciden en que las moléculas debían desempeñar dos funciones principales: almacenar información y catalizar reacciones químicas. La célula moderna asigna estas responsabilidades a su ADN y a sus proteínas, respectivamente, pero según el relato que domina la investigación sobre el origen de la vida y las descripciones de los libros de texto de biología hoy en día, el ARN fue el primero en desempeñar esa función, allanando el camino para que el ADN y las proteínas tomaran el relevo más tarde.
Esta hipótesis, propuesta en la década de 1960 y bautizada como el «mundo del ARN» dos décadas más tarde, suele considerarse la explicación más probable de cómo empezó la vida. Abundan los «mundos» alternativos, pero a menudo se consideran teorías alternativas, vuelos de fantasía o experimentos mentales caprichosos.
Eso se debe principalmente a que, dejando a un lado las teorías, el mundo del ARN está fortificado con muchas más pruebas experimentales que cualquiera de sus competidores. El mes pasado, la revista Quanta informó de una teoría alternativa que sugería que las moléculas similares a las proteínas, en lugar del ARN, podrían haber sido los primeros autorreplicantes del planeta. Pero sus hallazgos eran puramente computacionales; los investigadores acaban de comenzar los experimentos para buscar apoyo a sus afirmaciones.
Ahora, un par de investigadores ha planteado otra teoría -esta vez relacionada con la coevolución del ARN y los péptidos- que esperan que haga tambalear el dominio del mundo del ARN.
Por qué el ARN fue insuficiente
Por qué la hipótesis del mundo del ARN no proporciona una base suficiente para los acontecimientos evolutivos que se produjeron a continuación, según se desprende de recientes artículos publicados en Biosystems and Molecular Biology and Evolution. En cambio, dijo Charles Carter, biólogo estructural de la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill, coautor de los artículos, el modelo representa «una propuesta expeditiva». «No hay forma de que un solo polímero pueda llevar a cabo todos los procesos necesarios que ahora caracterizamos como parte de la vida», añadió.
Y ese único polímero ciertamente no podría ser el ARN, según los estudios de su equipo. La principal objeción a la molécula se refiere a la catálisis: Algunas investigaciones han demostrado que para que la vida se consolide, el polímero misterioso tendría que haber coordinado los ritmos de reacciones químicas que podrían diferir en velocidad hasta en 20 órdenes de magnitud. Incluso si el ARN pudiera hacer esto de alguna manera en el mundo prebiótico, sus capacidades como catalizador se habrían adaptado a las abrasadoras temperaturas -alrededor de 100 grados Celsius- que abundaban en la Tierra primitiva. Una vez que el planeta empezó a enfriarse, afirma Carter, el ARN no habría podido evolucionar y mantener el trabajo de sincronización. En poco tiempo, la sinfonía de reacciones químicas habría caído en el desorden.
Quizás lo más importante es que un mundo sólo de ARN no podría explicar la aparición del código genético, que casi todos los organismos vivos actuales utilizan para traducir la información genética en proteínas. El código toma cada una de las 64 posibles secuencias de ARN de tres nucleótidos y las asigna a uno de los 20 aminoácidos utilizados para construir proteínas. Según Peter Wills, coautor de Carter en la Universidad de Auckland (Nueva Zelanda), encontrar un conjunto de reglas lo suficientemente sólidas como para hacer eso llevaría demasiado tiempo sólo con el ARN, si es que el mundo del ARN pudiera llegar a ese punto, algo que considera muy improbable. En opinión de Wills, el ARN podría haber sido capaz de catalizar su propia formación, lo que lo convertiría en «químicamente reflexivo», pero carecía de lo que denominó «reflexividad computacional»
«Un sistema que utiliza la información del modo en que los organismos utilizan la información genética -para sintetizar sus propios componentes- debe contener información reflexiva», afirmó Wills. Definió la información reflexiva como información que, «cuando es decodificada por el sistema, fabrica los componentes que realizan exactamente esa decodificación particular.» El ARN de la hipótesis del mundo del ARN, añadió, es sólo química porque no tiene medios para controlar su química. «El mundo del ARN no dice nada sobre la genética», dijo.
La naturaleza tenía que encontrar una ruta diferente, un atajo mejor hacia el código genético. Carter y Wills creen haber descubierto ese atajo. Depende de un estrecho bucle de retroalimentación, que no se habría desarrollado sólo a partir del ARN, sino a partir de un complejo péptido-ARN.
Incorporando péptidos a la mezcla
Carter encontró indicios de ese complejo a mediados de la década de 1970, cuando aprendió en la escuela de posgrado que ciertas estructuras que se ven en la mayoría de las proteínas son «diestras». Es decir, los átomos de las estructuras podrían tener dos disposiciones equivalentes en espejo, pero todas las estructuras utilizan sólo una. La mayoría de los ácidos nucleicos y los azúcares que componen el ADN y el ARN también son diestros. Carter empezó a pensar en el ARN y los polipéptidos como estructuras complementarias, y modeló un complejo en el que «estaban hechos el uno para el otro, como una mano en un guante»
Esto implicaba un tipo de codificación elemental, una base para el intercambio de información entre el ARN y el polipéptido. Estaba en camino de esbozar cómo podría haber sido eso, trabajando hacia atrás desde el mucho más sofisticado código genético moderno. Cuando el mundo del ARN, acuñado en 1986, cobró importancia, Carter admitió que «estaba bastante molesto». Sentía que su mundo péptido-ARN, propuesto una década antes, había sido totalmente ignorado.
Desde entonces, él, Wills y otros han colaborado en una teoría que se remonta a esa investigación. Su principal objetivo era averiguar el código genético tan simple que precedió al más específico y complicado de hoy. Así que no sólo recurrieron a la computación, sino también a la genética.
En el centro de su teoría se encuentran 20 moléculas de «carga» llamadas aminoacil-ARNt sintetasas. Estas enzimas catalíticas permiten que el ARN se una a aminoácidos específicos de acuerdo con las reglas del código genético. «En cierto sentido, el código genético está ‘escrito’ en la especificidad de los sitios activos» de esas enzimas, dijo Jannie Hofmeyr, bioquímico de la Universidad de Stellenbosch (Sudáfrica), que no participó en el estudio.