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Astrobiology Magazine»Una biosfera en la sombra
Una biosfera en la sombra
Publicado por Manuel J. Gómez | 18/01/2025
En la tercera entrega de la serie de experimentos ‘Gedanken’, o de pensamiento, Carol Cleland explora la idea de que la Tierra podría esconder formas alternativas de vida.
¿Podría haber alienígenas en la Tierra? Aunque esta pregunta suele venir asociada a cuentos de platillos volantes y de viajeros interestelares con ojos de insecto, para algunos astrobiólogos no es parte de ninguna extraña leyenda urbana. Con el término ‘alien’, en inglés, no quieren decir ‘procedente de fuera de la Tierra’, quieren decir ‘otro’: otras formas de ADN, otros aminoácidos usados para construir proteínas y, en general, cualquier otro diseño que la química de la Tierra primigenia pudiera haber producido para construir formas de vida diferentes a la habitual. Si en la actualidad hubiera en la Tierra formas de vida con una bioquímica distinta de la nuestra, ¿cómo podríamos saberlo?
#3#
Carol Cleland es profesora de filosofía en la Universidad de Colorado, Boulder, y miembro del Instituto de Astrobiología de la NASA. En la tercera entrega de la serie de experimentos ‘Gedanken’, o de pensamiento, Cleland explora la idea de que la Tierra pudiera hospedar una ‘biosfera en la sombra’, todavía no descubierta, de formas alternativas de vida microbiana.
Una biosfera en la sombra Por Carol Cleland Cuando los científicos especulan sobre la existencia de un tipo desconocido de vida, normalmente tienen en mente la vida extraterrestre. La posibilidad de que en la actualidad la Tierra albergue formas alternativas de vida es raramente considerada. Dado que los biólogos no han encontrado todavía ninguna forma alternativa de vida terrestre, esa postura parece razonable. Y, ciertamente, si en la Tierra hubiera formas alternativas de vida análogas a las plantas y a los animales, ya las habríamos encontrado sin duda. Sin embargo, la situación es muy diferente con los microbios, que son demasiado pequeños para ser vistos sin la ayuda de instrumentos. ¿Podría la Tierra estar hospedando, en la actualidad, una cohorte de microbios en la sombra, de formas alternativas de vida microbiana aún no descubiertas? Los filósofos y los científicos tienen en cuenta dos propiedades para distinguir los sistemas vivientes de los no-vivientes. Primero, la capacidad de un sistema para mantenerse como una unidad auto-organizada, en contra de perturbaciones tanto internas como externas. Segundo, su capacidad para reproducirse y de transmitir modificaciones hereditarias adaptativas a su descendencia. La biología molecular explica cómo la vida terrestre que nos es familiar materializa estas propiedades funcionales abstractas en un sistema físico concreto. La vida en la Tierra, tal y como la conocemos, está basada en una compleja organización en la que cooperan proteínas y ácidos nucleicos. Las proteínas constituyen la mayoría del material estructural del que están construidos los cuerpos, así como el material catalítico que les da energía y los mantiene. Los ácidos nucleicos almacenan la información hereditaria necesaria para la reproducción y para sintetizar la enorme cantidad y variedad de proteínas que un organismo utiliza a lo largo de su vida. #4# El proceso crucial que coordina esas funciones (aquel por el que la información hereditaria almacenada en los ácidos nucleicos es traducida a proteínas, que son necesarias para las funciones de crecimiento, mantenimiento y reparación) es ejecutado por los ribosomas, máquinas moleculares minúsculas pero altamente complejas, compuestas de proteínas y de un cierto tipo de ácido nucleico (ARN). La verdad es que no sabemos cómo de diferente podría ser la vida de la vida que ya conocemos, porque no sabemos todas las formas en las que las funciones atribuidas a la vida pueden materializarse en un determinado sistema físico. Aun más, no podemos descartar la posibilidad de que las características más importantes de la vida aún no hayan sido descubiertas. Las funciones atribuidas tradicionalmente a la vida podrían ser meramente síntomas de otras propiedades más fundamentales pero aún desconocidas. Algunos de los componentes moleculares de las proteínas y los ácidos nucleicos podrían haber sido modestamente diferentes sin que su funcionalidad biológica se hubiera visto afectada. Aunque hay procesos abióticos que dan lugar a mas de 100 aminoácidos de ambas quiralidades, la vida terrestre conocida construye sus proteínas con sólo 20 aminoácidos y todos tienen la misma quiralidad de ‘mano izquierda’. Desde el punto de vista molecular y bioquímico, esto es un misterio. Las proteínas sintetizadas en el laboratorio con combinaciones de aminoácidos alternativos o con aminoácidos con la quiralidad opuesta, forman complejas estructuras tridimensionales con capacidad catalítica. Estas proteínas serían sin duda funcionales en el ambiente adecuado. Todavía más, con la excepción de los virus ARN, toda la vida en la Tierra utiliza ADN para almacenar su información genética. Cuatro bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina) se organizan en forma de dos pares mutuamente exclusivos para codificar esa información. Pero los componentes moleculares del ADN podrían haber sido diferentes. Como Steve Brenner y colaboradores han demostrado, el ADN de doble cadena puede estar formado por al menos 12 tipos de bases nitrogenadas, organizadas en forma de seis pares mutuamente excluyentes. La información hereditaria está codificada en los ácidos nucleicos mediante la correspondencia única, aunque algo redundante, entre aminoácidos y tripletes de bases nitrogenadas (codones). Pero no hay razones para pensar que algunos codones podrían no haber estado asociados a otros aminoácidos. Se ha sugerido que el método de codificación en tripletes es el más eficiente para 4 bases y 20 aminoácidos. No es probable, sin embargo, que esto fuera cierto para una forma de vida que utilizara un número diferente de bases o de aminoácidos. #5# Entonces, ¿por qué la vida que conocemos en la Tierra actual usa ciertas combinaciones específicas de componentes moleculares? La mejor explicación es que ello es consecuencia de las condiciones de la Tierra primigenia. Esto es verdad no sólo para proteínas y ácidos nucleicos, sino también para los ribosomas. Puesto que los ribosomas realizan físicamente la traducción de la información hereditaria para construir organismos funcionales y autónomos, los ribosomas constituyen el verdadero corazón de la arquitectura molecular de la vida que conocemos. Sus características únicas son, casi con total seguridad, el resultado de contingencias históricas. Por tanto, es poco probable que los ribosomas presentes en las células que representan la forma de vida conocida sean la única posibilidad para traducir la información hereditaria de los ácidos nucleicos en proteínas, ni tampoco sean el mecanismo original utilizado por las primeras proto-células. Si las circunstancias en la Tierra primigenia hubieran sido diferentes, la vida que conocemos también habría sido diferente. Esta idea abre una posibilidad provocativa. Se asume normalmente que la vida surgió en la Tierra una sola vez. Pero si la emergencia de vida es un fenómeno altamente probable bajo las condiciones físicas y químicas que se daban en la Tierra primigenia, podría haber habido varios linajes de vida. Tiene que haber habido variaciones naturales en los conjuntos de moléculas disponibles en diferentes regiones de la Tierra primigenia. Asumiendo que la vida se originó en la Tierra y no fue transportada hasta aquí desde algún otro lugar, es poco probable que las primeras formas de vida fueran todas construidas exactamente a partir de los mismos componentes moleculares. Aunque muchos biólogos y bioquímicos aceptarían que los primeros proto-organismos pueden haber usado moléculas diferentes, pocos están dispuestos a dar el siguiente paso y considerar seriamente la posibilidad de que sus descendientes microbianos puedan estar con nosotros hoy en día. Normalmente se consideran tres argumentos en contra. Primero, las posibles variantes de las primeras formas de vida se habrían combinado por transferencia lateral de genes, para dar lugar a una única forma de vida. Segundo, nuestros ancestros habrían eliminado otras formas de vida hace mucho tiempo, como consecuencia de la despiadada competición Darwiniana por los recursos vitales. Y tercero, si existieran formas alternativas de vida las habríamos descubierto, o al menos habríamos encontrado signos de ellas. Pero, como mi colega Shelly Copley y yo hemos discutido, ninguna de estas objeciones se sostiene tras ser examinada con cuidado. La transferencia lateral u horizontal de genes se da cuando se transfieren genes desde el genoma de un microorganismo al genoma de otro, en vez de ser transferidos verticalmente (horizontalmente en el texto original, N. del T.) de padres a hijos. La transferencia lateral de genes es muy común entre microorganismos y ocurre entre especies muy diferentes, incluyendo aquellas que pertenecen a los diferentes dominios de la vida (Archaea, Eubacteria y Eucarya unicelulares). Como es lógico, se piensa que la transferencia lateral de genes ha desempeñado un papel central en la evolución de los microorganismos. Carl Woese especula que las primeras proto-células se dedicaban exclusivamente a la transferencia lateral de genes. Woese sugiere que este proceso habría combinado cualquier forma alternativa de vida primitiva, generándose una población única y homogénea de proto-células, a partir de la cual habría finalmente emergido la vida que conocemos. El problema con este escenario es que la transferencia lateral de genes (tal y como la conocemos hoy) es posible sólo entre microorganismos que comparten los componentes principales de la maquinaria para la replicación, la transcripción y la traducción. Todos los microorganismos conocidos comparten esta maquinaria, y por eso pueden participar en transferencias laterales de genes. Pero ningún microorganismo de cualquiera de los tres dominios podría incorporar genes que vinieran de incluso una forma modestamente diferente de vida como, por ejemplo, una que utilizara bases nitrogenadas distintas en su identidad o en su número. Incluso suponiendo que ese evento ocurriera, el gen incorporado no podría ser replicado o usado para producir proteínas. #6# Se supone que los intercambios entre las proto-células de Woese tuvieron que ocurrir antes que la maquinaria para la replicación, la transcripción y la traducción aparecieran. Pero aun así, es difícil imaginar cómo la compleja organización en la que cooperan proteínas y ácidos nucleicos, que es característica de la vida que conocemos hoy en día, pudo emerger de un intercambio desorganizado de biomoléculas primitivas como polipéptidos y oligonucleótidos. Incluso suponiendo que pudiera haber ocurrido, es improbable que ese proceso hubiera dado lugar a una única población homogénea de proto-células extendida por todo el planeta. La Tierra es un sitio muy grande y el aislamiento geográfico habría ocurrido de forma inevitable, como ocurre hoy en día, haciendo que aparecieran poblaciones locales de proto-células que serían diferentes en algunos de los componentes moleculares básicos. Más que una única comunidad homogénea de células, la transferencia lateral de genes probablemente habría dado lugar a una variedad de comunidades homogéneas aisladas, varias de las cuales podrían haber hecho de forma independiente la transición hacia formas más sofisticadas de vida microbiana, y existir en la actualidad como restos de las primeras formas de vida en la Tierra. La conclusión es que nuestro conocimiento actual sobre la transferencia lateral de genes no apoya la idea de que no puede haber formas de vida microbiana alternativa, hoy en día, en la Tierra. Algunas veces se defiende que nuestra forma de vida es tan robusta y agresiva que ninguna otra forma de vida podría haber sobrevivido la competición con ella. Este argumento, sin embargo, tampoco se sostiene. Las comunidades microbianas son sistemas altamente organizados que modifican su entorno de forma significativa, creando nichos ecológicos estables. La diversidad en estas comunidades es asombrosa. Típicamente, contienen microbios de los tres dominios de la vida, y el número de especies diferentes dentro de cada dominio es enorme. Algunas especies están presentes en números muy pequeños. Sin embargo, ser un microbio poco común no es una desventaja evolutiva, puesto que los microbios poco comunes ocupan nichos ecológicos que son diferentes a los que ocupan los microbios más comunes, y producen o utilizan material que es usado, producido o ignorado por otros tipos de microbios. No hay razones para pensar que los descendientes microbianos de una vida que se originó de forma alternativa no pudieran ser parte de comunidades constituidas por microbios tradicionales, incluso asumiendo que estuvieran presentes en cantidades muy pequeñas. Y si las posibles formas alternativas de vida microbiana hubieran estado en desventaja a la hora de competir por los recursos vitales, algunas de ellas podrían haber evolucionado para evitar la competencia con la vida tradicional. La selección natural podría haber favorecido la supervivencia de aquellas que fueran más diferentes de la vida tradicional en sus componentes moleculares básicos, de manera que serían menos nutritivos para la vida tradicional. Alternativamente, las formas alternativas de vida microbiana podrían haberse adaptado a los ambientes que son menos habitables para la vida tradicional, como los desiertos extremadamente secos. En otras palabras, no es completamente obvio que una forma alternativa de vida microbiana no hubiera podido evolucionar de tal manera que sobreviviera a la competencia con los microbios tradicionales. #7# Esto nos lleva a lo que es, posiblemente, la objeción más seria desde el punto de vista científico: la de que si hubiera formas alternativas de vida microbiana en la Tierra, ya las habríamos encontrado, o al menos habríamos detectado signos de ella, usando las sofisticadas herramientas que en la actualidad están disponibles para los microbiólogos. Las herramientas principales usadas para explorar el mundo microbiano son el microscopio, los cultivos y la amplificación por PCR de la secuencia génica de los ARNr. La microscopía tiene una utilidad limitada. El fenómeno de la convergencia evolutiva nos ha enseñado que las similitudes superficiales en la estructura del cuerpo pueden ser muy engañosas. Los microbios del dominio Archaea son un buen ejemplo. Bajo el microscopio son muy parecidos a las eubacterias y, de hecho, hasta hace poco ambos eran clasificados simplemente como ‘bacterias’. Ambos carecen de estructuras intracelulares limitadas por membranas, lo que los hace diferentes de los eucariotas unicelulares, que tienen estructuras intracelulares limitadas por membranas, como el núcleo. Esta evidente diferencia yace detrás de la tristemente célebre distinción entre procariotas y eucariotas, que hasta hace poco fue la justificación principal para agrupar a todos los microbios procariotas dentro de un único reino (‘Bacteria’). Sin embargo, ahora sabemos que las diferencias genéticas y bioquímicas son más grandes entre Archaea y Eubacteria que entre Archaea y Eukarya. Este descubrimiento revolucionó la taxonomía biológica, reemplazando los cinco reinos tradicionales (Animalia, Plantae, Fungi, Protoctista, Bacteria) por los tres dominios (Eukarya, Eubacteria, Archaea). Por tanto, sería un error el concluir que cualquier microbio que parezca una forma de vida tradicional bajo el microscopio, es de hecho una forma de vida tradicional. Nuestro conocimiento más extenso sobre microbios específicos ha sido conquistado gracias a las técnicas de cultivo. Al cultivar un microbio se obtienen grandes cantidades de microbios idénticos, lo que permite a los microbiólogos realizar exhaustivos análisis de su material estructural, enzimático y genético. Nuestra capacidad para cultivar microbios es, sin embargo, limitada. Se calcula que menos del 1 por ciento de los microbios que podemos ver bajo el microscopio, ha sido cultivado. El problema es que los microbios crecen en condiciones físicas y químicas muy variadas, diferentes presiones, temperaturas, pH y demás. Utilizan una amplia variedad de recursos energéticos y nutricionales. Es difícil identificar, y todavía más replicar, estas complicadas condiciones en el laboratorio. La situación es todavía peor para las formas alternativas de vida microbiana, porque es más probable que necesiten imprevisibles condiciones químicas y físicas de crecimiento. Por tanto, sólo por el hecho de que nadie haya descubierto una forma alternativa de vida creciendo en una placa de Petri, no podemos concluir que esos microbios no existen. #8# La amplificación de los genes de ARN ribosomal mediante la técnica de la reacción de polimerización en cadena (PCR) es la herramienta más poderosa disponible en la actualidad para identificar microbios difíciles de cultivar en muestras ambientales. Hay dos características de la amplificación por PCR que la convierten en una herramienta muy pobre para detectar formas alternativas de vida microbiana. La técnica amplifica genes de ARN ribosomal (ARNr) y, por tanto, no nos permitiría detectar formas de vida que no tuvieran ribosomas. Además, la amplificación por PCR requiere el uso de iniciadores universales (en inglés, primers; pequeños segmentos sintéticos de ácido nucleico) de uno de los tres dominios de la vida. Por tanto, incluso suponiendo que las formas alternativas de vida microbiana tuvieran ribosomas, lo que parece poco probable, su ARNr sería casi con total seguridad demasiado diferente del de los tres dominios de la vida tradicional como para ser amplificado por PCR. De hecho, ¡cualquier microbio cuyos genes de ARNr pudieran ser amplificados por PCR sería una forma de vida tradicional! Por tanto, nuestro fracaso en detectar formas alternativas de vida microbiana en muestras ambientales, mediante PCR, no nos proporciona una buena razón para creer que no existen. Esto nos lleva a la última objeción. La vida siempre modifica su entorno, extrayendo energía, construyendo estructuras y produciendo desechos. Si una forma de vida alternativa existiera, tal vez no la habríamos identificado todavía, pero seguramente habríamos encontrado sus huellas, las ‘sombras’ que producirían en su entorno. Sin embargo, sería difícil distinguir las huellas de una forma alternativa de vida microbiana sobre el ‘ruido de fondo’ producido por los microbios tradicionales. Además, cuando nos encontráramos con una huella desconcertante, aparentemente biológica, la suposición por defecto sería que fue producida por una forma de vida tradicional o por procesos no biológicos. La posibilidad de que representara una forma alternativa de vida microbiana no sería nunca considerada seriamente. La suposición de que sólo hay una forma de vida en la Tierra en la actualidad, es parte del paradigma de la biología moderna. Thomas Kuhn afirmó que la gran mayoría de la investigación científica se desarrolla dentro de los límites de un paradigma. Los paradigmas incluyen no solo teorías, sino también métodos, instrumentos, ejemplos concretos, textos reconocidos y, lo más importante para nuestros propósitos, suposiciones subsidiarias. Estas son herramientas muy valiosas para la investigación científica, ya que facilitan la construcción de hipótesis, el diseño de experimentos y la interpretación de resultados. Sin embargo, según Kuhn, los paradigmas también pueden interferir con la exploración de la naturaleza, haciendo que los investigadores ignoren una serie de posibilidades importantes, al hacer desaconsejables ciertas líneas de investigación y sesgar el modo en que los datos son interpretados. Como consecuencia, significativos descubrimientos científicos pueden ser retrasados por años. #9# Kuhn tomó ejemplos de la astronomía para ilustrar cómo los paradigmas pueden cegar a los científicos ante nuevos descubrimientos. Casos parecidos pueden encontrarse en biología, como lo es el descubrimiento de los Archaea, la nueva variedad de vida microbiana tradicional que revolucionó la taxonomía biológica. Desde la perspectiva actual, está claro que había signos que indicaban que algunos procariotas tienen diferencias fundamentales respecto a otros, a pesar de los sobresalientes parecidos en morfología celular. Pero puesto que los biólogos estaban trabajando bajo el paradigma procariota-eucariota, que usaba la morfología celular como principio para entender las relaciones taxonómicas, aquellos signos no fueron reconocidos. Ciertamente, lo que ahora se consideran diferencias químicas relevantes entre las membranas de Archaea y las de Eubacteria, fueron interpretadas entonces como meras adaptaciones de las bacterias tradicionales a los ambientes extremos. Los microbiólogos se habían topado sin quererlo con una nueva clase de microbio, pero no fueron capaces de reconocerlo porque estaban trabajando bajo el paradigma procariota-eucariota, que negaba la existencia de ese tipo de microorganismo. La lección debiera de ser clara. Puesto que los microbiólogos están trabajando bajo el paradigma que dice que en la actualidad sólo hay una forma de vida en la Tierra, es poco probable que reconozcan el significado de las huellas que pudieran haber dejado formas alternativas de vida microbiana, incluso si las encontraran. Aunque no sabemos cuan diferente podría ser la vida de la vida que conocemos, hay buenas razones para pensar que la vida en la Tierra podría haber sido al menos modestamente diferente en su arquitectura molecular y en sus componentes. Una búsqueda dirigida para encontrar microbios en la sombra debiera ser considerada seriamente. Obviamente, lo lógico sería empezar con fenómenos conocidos sin explicación, como el barniz del desierto, que son difíciles de entender tanto en términos de vida tradicional, como en términos de procesos abióticos. El descubrimiento de un biosfera microbiana en la sombra sería importante filosófica y científicamente. Está claro que la vida tradicional terrestre tiene un origen común y, por tanto, representa un único ejemplo de vida. Desde el punto de vista lógico, uno no puede generalizar a partir de un único ejemplo. Si queremos llegar a un entendimiento satisfactorio de la naturaleza de la vida, necesitamos ejemplos de formas de vida no relacionadas con la nuestra. Referencias
http://www.astrobio.net/news/article2161.html
Una biosfera en la sombra Por Carol Cleland Cuando los científicos especulan sobre la existencia de un tipo desconocido de vida, normalmente tienen en mente la vida extraterrestre. La posibilidad de que en la actualidad la Tierra albergue formas alternativas de vida es raramente considerada. Dado que los biólogos no han encontrado todavía ninguna forma alternativa de vida terrestre, esa postura parece razonable. Y, ciertamente, si en la Tierra hubiera formas alternativas de vida análogas a las plantas y a los animales, ya las habríamos encontrado sin duda. Sin embargo, la situación es muy diferente con los microbios, que son demasiado pequeños para ser vistos sin la ayuda de instrumentos. ¿Podría la Tierra estar hospedando, en la actualidad, una cohorte de microbios en la sombra, de formas alternativas de vida microbiana aún no descubiertas? Los filósofos y los científicos tienen en cuenta dos propiedades para distinguir los sistemas vivientes de los no-vivientes. Primero, la capacidad de un sistema para mantenerse como una unidad auto-organizada, en contra de perturbaciones tanto internas como externas. Segundo, su capacidad para reproducirse y de transmitir modificaciones hereditarias adaptativas a su descendencia. La biología molecular explica cómo la vida terrestre que nos es familiar materializa estas propiedades funcionales abstractas en un sistema físico concreto. La vida en la Tierra, tal y como la conocemos, está basada en una compleja organización en la que cooperan proteínas y ácidos nucleicos. Las proteínas constituyen la mayoría del material estructural del que están construidos los cuerpos, así como el material catalítico que les da energía y los mantiene. Los ácidos nucleicos almacenan la información hereditaria necesaria para la reproducción y para sintetizar la enorme cantidad y variedad de proteínas que un organismo utiliza a lo largo de su vida. #4# El proceso crucial que coordina esas funciones (aquel por el que la información hereditaria almacenada en los ácidos nucleicos es traducida a proteínas, que son necesarias para las funciones de crecimiento, mantenimiento y reparación) es ejecutado por los ribosomas, máquinas moleculares minúsculas pero altamente complejas, compuestas de proteínas y de un cierto tipo de ácido nucleico (ARN). La verdad es que no sabemos cómo de diferente podría ser la vida de la vida que ya conocemos, porque no sabemos todas las formas en las que las funciones atribuidas a la vida pueden materializarse en un determinado sistema físico. Aun más, no podemos descartar la posibilidad de que las características más importantes de la vida aún no hayan sido descubiertas. Las funciones atribuidas tradicionalmente a la vida podrían ser meramente síntomas de otras propiedades más fundamentales pero aún desconocidas. Algunos de los componentes moleculares de las proteínas y los ácidos nucleicos podrían haber sido modestamente diferentes sin que su funcionalidad biológica se hubiera visto afectada. Aunque hay procesos abióticos que dan lugar a mas de 100 aminoácidos de ambas quiralidades, la vida terrestre conocida construye sus proteínas con sólo 20 aminoácidos y todos tienen la misma quiralidad de ‘mano izquierda’. Desde el punto de vista molecular y bioquímico, esto es un misterio. Las proteínas sintetizadas en el laboratorio con combinaciones de aminoácidos alternativos o con aminoácidos con la quiralidad opuesta, forman complejas estructuras tridimensionales con capacidad catalítica. Estas proteínas serían sin duda funcionales en el ambiente adecuado. Todavía más, con la excepción de los virus ARN, toda la vida en la Tierra utiliza ADN para almacenar su información genética. Cuatro bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina) se organizan en forma de dos pares mutuamente exclusivos para codificar esa información. Pero los componentes moleculares del ADN podrían haber sido diferentes. Como Steve Brenner y colaboradores han demostrado, el ADN de doble cadena puede estar formado por al menos 12 tipos de bases nitrogenadas, organizadas en forma de seis pares mutuamente excluyentes. La información hereditaria está codificada en los ácidos nucleicos mediante la correspondencia única, aunque algo redundante, entre aminoácidos y tripletes de bases nitrogenadas (codones). Pero no hay razones para pensar que algunos codones podrían no haber estado asociados a otros aminoácidos. Se ha sugerido que el método de codificación en tripletes es el más eficiente para 4 bases y 20 aminoácidos. No es probable, sin embargo, que esto fuera cierto para una forma de vida que utilizara un número diferente de bases o de aminoácidos. #5# Entonces, ¿por qué la vida que conocemos en la Tierra actual usa ciertas combinaciones específicas de componentes moleculares? La mejor explicación es que ello es consecuencia de las condiciones de la Tierra primigenia. Esto es verdad no sólo para proteínas y ácidos nucleicos, sino también para los ribosomas. Puesto que los ribosomas realizan físicamente la traducción de la información hereditaria para construir organismos funcionales y autónomos, los ribosomas constituyen el verdadero corazón de la arquitectura molecular de la vida que conocemos. Sus características únicas son, casi con total seguridad, el resultado de contingencias históricas. Por tanto, es poco probable que los ribosomas presentes en las células que representan la forma de vida conocida sean la única posibilidad para traducir la información hereditaria de los ácidos nucleicos en proteínas, ni tampoco sean el mecanismo original utilizado por las primeras proto-células. Si las circunstancias en la Tierra primigenia hubieran sido diferentes, la vida que conocemos también habría sido diferente. Esta idea abre una posibilidad provocativa. Se asume normalmente que la vida surgió en la Tierra una sola vez. Pero si la emergencia de vida es un fenómeno altamente probable bajo las condiciones físicas y químicas que se daban en la Tierra primigenia, podría haber habido varios linajes de vida. Tiene que haber habido variaciones naturales en los conjuntos de moléculas disponibles en diferentes regiones de la Tierra primigenia. Asumiendo que la vida se originó en la Tierra y no fue transportada hasta aquí desde algún otro lugar, es poco probable que las primeras formas de vida fueran todas construidas exactamente a partir de los mismos componentes moleculares. Aunque muchos biólogos y bioquímicos aceptarían que los primeros proto-organismos pueden haber usado moléculas diferentes, pocos están dispuestos a dar el siguiente paso y considerar seriamente la posibilidad de que sus descendientes microbianos puedan estar con nosotros hoy en día. Normalmente se consideran tres argumentos en contra. Primero, las posibles variantes de las primeras formas de vida se habrían combinado por transferencia lateral de genes, para dar lugar a una única forma de vida. Segundo, nuestros ancestros habrían eliminado otras formas de vida hace mucho tiempo, como consecuencia de la despiadada competición Darwiniana por los recursos vitales. Y tercero, si existieran formas alternativas de vida las habríamos descubierto, o al menos habríamos encontrado signos de ellas. Pero, como mi colega Shelly Copley y yo hemos discutido, ninguna de estas objeciones se sostiene tras ser examinada con cuidado. La transferencia lateral u horizontal de genes se da cuando se transfieren genes desde el genoma de un microorganismo al genoma de otro, en vez de ser transferidos verticalmente (horizontalmente en el texto original, N. del T.) de padres a hijos. La transferencia lateral de genes es muy común entre microorganismos y ocurre entre especies muy diferentes, incluyendo aquellas que pertenecen a los diferentes dominios de la vida (Archaea, Eubacteria y Eucarya unicelulares). Como es lógico, se piensa que la transferencia lateral de genes ha desempeñado un papel central en la evolución de los microorganismos. Carl Woese especula que las primeras proto-células se dedicaban exclusivamente a la transferencia lateral de genes. Woese sugiere que este proceso habría combinado cualquier forma alternativa de vida primitiva, generándose una población única y homogénea de proto-células, a partir de la cual habría finalmente emergido la vida que conocemos. El problema con este escenario es que la transferencia lateral de genes (tal y como la conocemos hoy) es posible sólo entre microorganismos que comparten los componentes principales de la maquinaria para la replicación, la transcripción y la traducción. Todos los microorganismos conocidos comparten esta maquinaria, y por eso pueden participar en transferencias laterales de genes. Pero ningún microorganismo de cualquiera de los tres dominios podría incorporar genes que vinieran de incluso una forma modestamente diferente de vida como, por ejemplo, una que utilizara bases nitrogenadas distintas en su identidad o en su número. Incluso suponiendo que ese evento ocurriera, el gen incorporado no podría ser replicado o usado para producir proteínas. #6# Se supone que los intercambios entre las proto-células de Woese tuvieron que ocurrir antes que la maquinaria para la replicación, la transcripción y la traducción aparecieran. Pero aun así, es difícil imaginar cómo la compleja organización en la que cooperan proteínas y ácidos nucleicos, que es característica de la vida que conocemos hoy en día, pudo emerger de un intercambio desorganizado de biomoléculas primitivas como polipéptidos y oligonucleótidos. Incluso suponiendo que pudiera haber ocurrido, es improbable que ese proceso hubiera dado lugar a una única población homogénea de proto-células extendida por todo el planeta. La Tierra es un sitio muy grande y el aislamiento geográfico habría ocurrido de forma inevitable, como ocurre hoy en día, haciendo que aparecieran poblaciones locales de proto-células que serían diferentes en algunos de los componentes moleculares básicos. Más que una única comunidad homogénea de células, la transferencia lateral de genes probablemente habría dado lugar a una variedad de comunidades homogéneas aisladas, varias de las cuales podrían haber hecho de forma independiente la transición hacia formas más sofisticadas de vida microbiana, y existir en la actualidad como restos de las primeras formas de vida en la Tierra. La conclusión es que nuestro conocimiento actual sobre la transferencia lateral de genes no apoya la idea de que no puede haber formas de vida microbiana alternativa, hoy en día, en la Tierra. Algunas veces se defiende que nuestra forma de vida es tan robusta y agresiva que ninguna otra forma de vida podría haber sobrevivido la competición con ella. Este argumento, sin embargo, tampoco se sostiene. Las comunidades microbianas son sistemas altamente organizados que modifican su entorno de forma significativa, creando nichos ecológicos estables. La diversidad en estas comunidades es asombrosa. Típicamente, contienen microbios de los tres dominios de la vida, y el número de especies diferentes dentro de cada dominio es enorme. Algunas especies están presentes en números muy pequeños. Sin embargo, ser un microbio poco común no es una desventaja evolutiva, puesto que los microbios poco comunes ocupan nichos ecológicos que son diferentes a los que ocupan los microbios más comunes, y producen o utilizan material que es usado, producido o ignorado por otros tipos de microbios. No hay razones para pensar que los descendientes microbianos de una vida que se originó de forma alternativa no pudieran ser parte de comunidades constituidas por microbios tradicionales, incluso asumiendo que estuvieran presentes en cantidades muy pequeñas. Y si las posibles formas alternativas de vida microbiana hubieran estado en desventaja a la hora de competir por los recursos vitales, algunas de ellas podrían haber evolucionado para evitar la competencia con la vida tradicional. La selección natural podría haber favorecido la supervivencia de aquellas que fueran más diferentes de la vida tradicional en sus componentes moleculares básicos, de manera que serían menos nutritivos para la vida tradicional. Alternativamente, las formas alternativas de vida microbiana podrían haberse adaptado a los ambientes que son menos habitables para la vida tradicional, como los desiertos extremadamente secos. En otras palabras, no es completamente obvio que una forma alternativa de vida microbiana no hubiera podido evolucionar de tal manera que sobreviviera a la competencia con los microbios tradicionales. #7# Esto nos lleva a lo que es, posiblemente, la objeción más seria desde el punto de vista científico: la de que si hubiera formas alternativas de vida microbiana en la Tierra, ya las habríamos encontrado, o al menos habríamos detectado signos de ella, usando las sofisticadas herramientas que en la actualidad están disponibles para los microbiólogos. Las herramientas principales usadas para explorar el mundo microbiano son el microscopio, los cultivos y la amplificación por PCR de la secuencia génica de los ARNr. La microscopía tiene una utilidad limitada. El fenómeno de la convergencia evolutiva nos ha enseñado que las similitudes superficiales en la estructura del cuerpo pueden ser muy engañosas. Los microbios del dominio Archaea son un buen ejemplo. Bajo el microscopio son muy parecidos a las eubacterias y, de hecho, hasta hace poco ambos eran clasificados simplemente como ‘bacterias’. Ambos carecen de estructuras intracelulares limitadas por membranas, lo que los hace diferentes de los eucariotas unicelulares, que tienen estructuras intracelulares limitadas por membranas, como el núcleo. Esta evidente diferencia yace detrás de la tristemente célebre distinción entre procariotas y eucariotas, que hasta hace poco fue la justificación principal para agrupar a todos los microbios procariotas dentro de un único reino (‘Bacteria’). Sin embargo, ahora sabemos que las diferencias genéticas y bioquímicas son más grandes entre Archaea y Eubacteria que entre Archaea y Eukarya. Este descubrimiento revolucionó la taxonomía biológica, reemplazando los cinco reinos tradicionales (Animalia, Plantae, Fungi, Protoctista, Bacteria) por los tres dominios (Eukarya, Eubacteria, Archaea). Por tanto, sería un error el concluir que cualquier microbio que parezca una forma de vida tradicional bajo el microscopio, es de hecho una forma de vida tradicional. Nuestro conocimiento más extenso sobre microbios específicos ha sido conquistado gracias a las técnicas de cultivo. Al cultivar un microbio se obtienen grandes cantidades de microbios idénticos, lo que permite a los microbiólogos realizar exhaustivos análisis de su material estructural, enzimático y genético. Nuestra capacidad para cultivar microbios es, sin embargo, limitada. Se calcula que menos del 1 por ciento de los microbios que podemos ver bajo el microscopio, ha sido cultivado. El problema es que los microbios crecen en condiciones físicas y químicas muy variadas, diferentes presiones, temperaturas, pH y demás. Utilizan una amplia variedad de recursos energéticos y nutricionales. Es difícil identificar, y todavía más replicar, estas complicadas condiciones en el laboratorio. La situación es todavía peor para las formas alternativas de vida microbiana, porque es más probable que necesiten imprevisibles condiciones químicas y físicas de crecimiento. Por tanto, sólo por el hecho de que nadie haya descubierto una forma alternativa de vida creciendo en una placa de Petri, no podemos concluir que esos microbios no existen. #8# La amplificación de los genes de ARN ribosomal mediante la técnica de la reacción de polimerización en cadena (PCR) es la herramienta más poderosa disponible en la actualidad para identificar microbios difíciles de cultivar en muestras ambientales. Hay dos características de la amplificación por PCR que la convierten en una herramienta muy pobre para detectar formas alternativas de vida microbiana. La técnica amplifica genes de ARN ribosomal (ARNr) y, por tanto, no nos permitiría detectar formas de vida que no tuvieran ribosomas. Además, la amplificación por PCR requiere el uso de iniciadores universales (en inglés, primers; pequeños segmentos sintéticos de ácido nucleico) de uno de los tres dominios de la vida. Por tanto, incluso suponiendo que las formas alternativas de vida microbiana tuvieran ribosomas, lo que parece poco probable, su ARNr sería casi con total seguridad demasiado diferente del de los tres dominios de la vida tradicional como para ser amplificado por PCR. De hecho, ¡cualquier microbio cuyos genes de ARNr pudieran ser amplificados por PCR sería una forma de vida tradicional! Por tanto, nuestro fracaso en detectar formas alternativas de vida microbiana en muestras ambientales, mediante PCR, no nos proporciona una buena razón para creer que no existen. Esto nos lleva a la última objeción. La vida siempre modifica su entorno, extrayendo energía, construyendo estructuras y produciendo desechos. Si una forma de vida alternativa existiera, tal vez no la habríamos identificado todavía, pero seguramente habríamos encontrado sus huellas, las ‘sombras’ que producirían en su entorno. Sin embargo, sería difícil distinguir las huellas de una forma alternativa de vida microbiana sobre el ‘ruido de fondo’ producido por los microbios tradicionales. Además, cuando nos encontráramos con una huella desconcertante, aparentemente biológica, la suposición por defecto sería que fue producida por una forma de vida tradicional o por procesos no biológicos. La posibilidad de que representara una forma alternativa de vida microbiana no sería nunca considerada seriamente. La suposición de que sólo hay una forma de vida en la Tierra en la actualidad, es parte del paradigma de la biología moderna. Thomas Kuhn afirmó que la gran mayoría de la investigación científica se desarrolla dentro de los límites de un paradigma. Los paradigmas incluyen no solo teorías, sino también métodos, instrumentos, ejemplos concretos, textos reconocidos y, lo más importante para nuestros propósitos, suposiciones subsidiarias. Estas son herramientas muy valiosas para la investigación científica, ya que facilitan la construcción de hipótesis, el diseño de experimentos y la interpretación de resultados. Sin embargo, según Kuhn, los paradigmas también pueden interferir con la exploración de la naturaleza, haciendo que los investigadores ignoren una serie de posibilidades importantes, al hacer desaconsejables ciertas líneas de investigación y sesgar el modo en que los datos son interpretados. Como consecuencia, significativos descubrimientos científicos pueden ser retrasados por años. #9# Kuhn tomó ejemplos de la astronomía para ilustrar cómo los paradigmas pueden cegar a los científicos ante nuevos descubrimientos. Casos parecidos pueden encontrarse en biología, como lo es el descubrimiento de los Archaea, la nueva variedad de vida microbiana tradicional que revolucionó la taxonomía biológica. Desde la perspectiva actual, está claro que había signos que indicaban que algunos procariotas tienen diferencias fundamentales respecto a otros, a pesar de los sobresalientes parecidos en morfología celular. Pero puesto que los biólogos estaban trabajando bajo el paradigma procariota-eucariota, que usaba la morfología celular como principio para entender las relaciones taxonómicas, aquellos signos no fueron reconocidos. Ciertamente, lo que ahora se consideran diferencias químicas relevantes entre las membranas de Archaea y las de Eubacteria, fueron interpretadas entonces como meras adaptaciones de las bacterias tradicionales a los ambientes extremos. Los microbiólogos se habían topado sin quererlo con una nueva clase de microbio, pero no fueron capaces de reconocerlo porque estaban trabajando bajo el paradigma procariota-eucariota, que negaba la existencia de ese tipo de microorganismo. La lección debiera de ser clara. Puesto que los microbiólogos están trabajando bajo el paradigma que dice que en la actualidad sólo hay una forma de vida en la Tierra, es poco probable que reconozcan el significado de las huellas que pudieran haber dejado formas alternativas de vida microbiana, incluso si las encontraran. Aunque no sabemos cuan diferente podría ser la vida de la vida que conocemos, hay buenas razones para pensar que la vida en la Tierra podría haber sido al menos modestamente diferente en su arquitectura molecular y en sus componentes. Una búsqueda dirigida para encontrar microbios en la sombra debiera ser considerada seriamente. Obviamente, lo lógico sería empezar con fenómenos conocidos sin explicación, como el barniz del desierto, que son difíciles de entender tanto en términos de vida tradicional, como en términos de procesos abióticos. El descubrimiento de un biosfera microbiana en la sombra sería importante filosófica y científicamente. Está claro que la vida tradicional terrestre tiene un origen común y, por tanto, representa un único ejemplo de vida. Desde el punto de vista lógico, uno no puede generalizar a partir de un único ejemplo. Si queremos llegar a un entendimiento satisfactorio de la naturaleza de la vida, necesitamos ejemplos de formas de vida no relacionadas con la nuestra. Referencias
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- Brock, T. D. (1978) Thermophilic Microrganisms and Life at High Temperatures.; Springer-Verlag: New York.
- Cleland, C. E. and Copley, S. D. (2005) The possibility of alternative microbial life on Earth, International Journal of Astrobiology 4(4), 165-173.
- Kuhn, T. (1962) The structure of scientific revolutions.; University of Chicago Press: Chicago.
- Pace, N. R. (1997) A molecular view of microbial diversity and the biosphere. Science, 274, 734-740.
- Woese, C. R. (2004) The archaeal concept and the world it lives in: a retrospective. Photosyn. Res., 80, 361-372.
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