XVI Matinal de l’evolució

S'ha produït un error en obtenir un àlbum extern. Comproveu l'adreça de l'àlbum. Ajuda.

Dissabte passat es va celebrar a l’auditori Joan Plaça del Jardí Botànic de València una edició més de les Matinals de l’evolució organitzades per Juli Peretó. Aquesta vegada la temàtica de les ponències ha estat l’origen de la vida i el “món ARN”, coincidint amb la investidura com a Doctor Honoris Causa per la Universitat de València d’Antonio Lazcano, que va ser un dels ponents.

Darwin en el tub d’assaig: l’evolució experimental d’àcids nucleics (Carlos Briones)

Les cèl·lules emmagatzemen a l’ADN la informació per fabricar proteïnes. Aquestes últimes són les encarregades de fer possibles les reaccions químiques de la vida (el metabolisme) gràcies a la seua activitat catalítica (en forma d’enzims). En el pas d’ADN a proteïna cal un intermediari: l’ARN. Però, en l’origen de la vida, quina va ser la primera molècula replicadora? L’ADN necessita l’activitat catalítica de les proteïnes, i aquestes la informació del material genètic. La qüestió va quedar resolta amb el descobriment dels ribozims, molècules d’ARN autocatalítiques que poden dur a terme les dues funcions. Actualment en coneixem vuit de distints.

Així, en aparèixer la vida, fa entre 3850 i 3500 milions d’anys, hi trobaríem un “món d’ARN” en què aquesta seria la molècula amb capacitat d’autoreplicar-se i d’emmagatzemar la informació hereditària (com en els viroides actuals). En etapes posteriors l’ARN donaria lloc a les proteïnes (amb la “invenció” dels ribosomes), que assumirien la catàlisi. I finalment la informació es guardaria en forma d’ADN, més estable.

Per estudiar l’ARN hem de consideerar el seu genotip (la seqüència de bases nitrogenades) i el seu fenotip (l’estructura tridimensional i la seua funció). Des de finals dels anys 60 estan fent-se experiments d’evolució in vitro amb ARN. Per fer aquesta evolució experimental cal partir d’una “població” d’ARN a la que es sotmet a un factor de selecció. La replicació dels ARN resultants dóna lloc a una nova població, amb la que començar un nou cicle.

Un dels resultats d’aquests experiments és l’obtenció d’aptàmers, molècules d’ARN amb capacitat específica d’unió a un lligand. Molts d’ells són artificials, i tenen aplicacions en biotecnologia o medicina (per exemple, un medicament contra la degeneració macular). Es poden desenvolupar aptàmers contra molècules a les que es vol combatre, com es fa amb els anticossos (sobre els que tenen més avantatges que inconvenients).

Un cas concret és el desenvolupament d’aptàmers contra retrovirus com el VIH-1. Algunes zones del genoma d’aquest virus són comunes a tots els VIH. Aquesta és la diana contra la que es desenvolupa un aptàmer. Es seleccionen els que s’uneixen millor a aquesta regió, els quals tenen una part conservada que, per ella tot sola, s’uneix millor que la molècula sencera. Aquesta part ha donat lloc a una patent, el que ve a demostrar que la ciència bàsica dóna lloc a aplicacions concretes (i, per tant, que la divisió entre ciència bàsica i aplicada és, en realitat, falsa).

Molt més que patògens: trucs adaptatius i solucions compartides en el Món Viral (Susanna Manrubia)

La vespa Dinocampus coccinellae parasita les marietes controlant fins i tot el seu comportament a través d’un virus present als fluids de la vespa. Un efecte semblant té Toxoplasma sobre els ratolins, el que exemplifica la increïble forma en què poden actuar els virus (podeu llegir sobre aquests i altres paràsits a aquest reportatge de National Geographic).

Els virus són estructures d’entre 20 i 500 nm (els més grans tenen la mida de bacteris!), amb ARN o ADN com a material genètic, una càpsida proteica i en ocasions una coberta lipídica, que es repliquen i s’acoblen a l’interior de cèl·lules: són paràsits cel·lulars obligats. La seua morfologia i genoma són molt diversos, així com les seues estratègies, el que fa dubtar que tinguen un origen únic (són polifilètics: s’han originat diverses vegades al llarg de la història de la vida). Les seues filogènies són curtes (podem resseguir la del virus de la grip H3N2 entre 1968 i 2002, per exemple), i no els podem ubicar a l’arbre de la vida. Presenten una important transferència horitzontal de gens (més que altres organismes).

L’origen dels virus podria estar en els virus de genoma nu anomenats narnavirus, en els viroides, que infecten plantes, els plasmidis, introns i transposons. Per exemple, els gens dels mimivirus tenen múltiples orígens evolutius (bacteris, eucariotes…). Això podria ocórrer en entrar diversos virus (amb distints genomes) en una mateixa cèl·lula. Les càpsides dels virus es poden transmetre horitzontalment entre distints tipus de virus. Aquesta plasticitat els dóna molta capacitat d’adaptació.

En alguns virus, com el de la febre aftosa, trobem genomes fragmentats que, fins i tot, es poden encapsidar en partícules distintes (una amb material que codifica per a la càpsida, i altra per a la replicasa, per exemple), de manera que sols poden completar el cicle víric si les dues formes complementàries infecten conjuntament la cèl·lula hoste. Això presenta inconvenients per al virus, ja que cal multiplicitat d’infecció. Així, quins podrien ser els avantatges? Tal vegada una replicació més ràpida, o major fidelitat de còpia? En realitat sembla que fa augmentar l’estabilitat de la partícula vírica.

Cròniques moleculars: la història del Món de l’RNA (Antonio Lazcano)

L’origen de la vida és molt anterior a l’últim ancestre comú a bacteris, arqueobacteris i eucariotes (LUCA, de Last Universal Common Ancestor). No coneixem la natura dels primers éssers vius, amb ells no ens serveixen els arbres genealògics. El món d’ARN va ser una fase primerenca de l’evolució en què l’ARN va tenir un paper important.

Lazcano defensa l’estudi de la ciència des d’una perspectiva històrica: a finals del segle XIX la comunitat científica era evolucionista, però escèptica amb el concepte de selecció natural. El redescobriment de les lleis de Mendel aparentment contradeia a Darwin, i així es va interpretar fins la síntesi moderna del neodarwinisme dels anys 30.

Herman J. Muller va proposar que el primer ésser viu fou un gen que va aparèixer per atzar als oceans primitius, amb tres propietats: autocatàlisi (autoreplicació), heterocatàlisi (metabolisme) i mutabilitat (capacitat per evolucionar). Oparin, en canvi, postulava un ancestre heteròtrof i anaerobi (fermentatiu): un bacteri. A partir d’una sopa primitiva en una atmosfera reductora, sense oxigen, s’haurien format uns sistemes precel·lulars que va anomenar coacervats. No menciona els àcids nucleics, i imagina un procés gradual, contra l’aparició sobtada de Muller.

L’experiment de Stanley Miller publicat el 1953 demostra que la primera fase del procés gradual d’Oparin era factible. Al mateix temps es publicava el model de doble hèlix d’ADN de Watson i Crick. Aquests triomfs de la biologia molecular i la bioquímica van impulsar la “biologia de bata” front a la “de bota”, seguint la classificació de Ramon Margalef, i va imposar un reduccionisme que va fer competir aquestes disciplines amb la física com a paradigma de la ciència. Actualment s’està arribant a un equilibri entre aquestes dues visions de la biologia.

Avui pensem que en el passat podrien haver existit àcids nucleics amb bases nitrogenades distintes de les actuals. Arribem a les quatre actuals possiblement per qüestions d’estabilitat o disponibilitat. Malgrat que no podem demostrar com va ser l’origen de la vida, perquè no hi vam estar allí, les proves indiquen què va passar d’una forma determinada. Això és del que en diem consiliència.

Inicialment es va pensar que l’ARN era un material molt primitiu perquè forma part del material genètic de virus que formaven cristalls (com el del mosaic del tabac) i per això es pensava que estava en la frontera entre allò viu i allò inert. Oparin i Haldane van proposar un material genètic d’ARN en els primers éssers vius.

Els coenzims són necessaris per al funcionament dels enzims. Molts coenzims són derivats d’ARN, romanents d’etapes primitives en què l’ARN tenia un paper més important. El concepte de “món d’ARN” sorgeix a finals dels anys 60 del segle XX.

Totes les activitats enzimàtiques tenen el seu equivalent en els ribozims. Els riboswitch són metabòlits que regulen l’activitat dels ARN. Les alarmones, com l’AMP cíclic, són derivats de ribonucleòtids. Algunes són intermediaris en la síntesi de purines (són la “mitja-ala” o el “mig-ull” de Darwin). Per sintetitzar les alarmones no calen enzims. L’aminoàcid histidina podria ser un vestigi d’un ARN catalític.

Al debat final amb els tres ponents, preguntat pel tema, Lazcano no es va mostrar partidari de la probabilitat de l’aparició de la vida associada a fumaroles submarines hidrotermals, així com tampoc de l’arribada de bacteris en asteroides. Si així fos, argumenta Lazcano, els bacteris que formen espores de resistència haurien de ser a la base de l’arbre evolutiu, i no és així. Va concloure amb la importància de la intuïció en l’avanç de les noves teories científiques. Aquest debat va finalitzar un matí per recordar dedicat a l’origen de la vida i el paper de l’ARN.

Podeu descarregar el programa complet aquí »

2 pensaments sobre “XVI Matinal de l’evolució

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà Els camps necessaris estan marcats amb *