A ORIXE DA VIDA

Os "termófilos" son un tipo de "extremófilos" como estes microorganismos que crecen formando colonias de cores rechamantes nunha poza do Parque Nacional de Yellowstone, EUA.

Moitos científicos se debaten entre si foron primeiro os xenes que transportan o código necesario para crear proteínas, ou si foron as proteínas enzimáticas (facilitan as reaccións nas células convertendo o substrato en produto sen alterarse nin transformar o medio onde se producen estas reaccións) capaces de catalizar (provocar os procesos reactivos cunha orientación exitosa) a sínteses dos xenes.

Aínda que a pregunta fundamental está en como se crearon, tanto xenes como proteínas. Entre moitas teorías está, a de atribuír ó "solo" o papel protagonista da xeración destas unidades básicas, mais concretamente os "minerais arxilosos".

CHANT OF THE SOIL
Album: "Nude Ants"> Piano: Keith Jarret; Batería: Jon Christensen; Contrabaixo: Palle Danielssen; Saxo Soprano e Tenor: Jan Garbarek.

CANDO A TERRA PONSE A ANDAR ...

Esta idea non é nova. No capítulo segundo do Xéneses, di: “Deus Noso Señor, formou o home a partir do po do solo”. Neste relato bíblico, a primeira persoa en pasearse polo Xardín do Edén ten o nome de Adán, nome baseado na verba hebrea "ádama" que significa “solo ou barro". O substantivo latino "homo": "home", o mesmo que usamos na nosa designación xénero-especie "Homo sapiens", deriva de "humus", que se pode traducir como “relativo o solo ou a terra”.

Moitas culturas nativas norteamericanas senten unha conexión particularmente forte co solo, tal como se reflexa na resposta que dou o xefe Seattle en 1852 a oferta do goberno norteamericano para mercarlle o territorio Noroeste a súa tribo: “Como podemos mercar ou vender o ceo ou a terra?. A idea resúltanos estraña. Formamos parte da terra e ela de nós”.

A cultura Inca aporta a verba "Alpacamasca" referente ó corpo humano, e que se traduce como "terra vivinte en movemento".

A cara oculta da Lúa.

OS EMPRAZAMENTOS CATALÍTICOS OU AS CUNCAS DO CALDO DA VIDA

A química básica suxire que as superficies cargadas de electricidade estática dos minerais do barro serviron de enzimas primitivas e subministraron os emprazamentos catalíticos dos primeiros procesos complexos de biosínteses da Terra. Algunhas das macromoléculas resultantes puideron ser cadeas simples de ácidos nucleicos, mentres que outras foron cadeas de aminoácidos.

A RÉPLICA DO "RUDIMENTARIO XEN"

Outra versión máis radical de esta teoría sostén que os cristais de arxila por si foron os primeiros “xenes rudimentarios” autorreplicantes da Terra. Aqueles cristais de barro crecentes non estaban realmente vivos, pero foron capaces de evolucionar e modelar o seu entorno de xeito simple.

A supervivencia e réplica de algúns de aqueles cristais puido ser favorecida pola incorporación de aminoácidos ou ácidos nucleicos a súa estrutura. Co tempo evolutivo, a medida que crecía a complexidade e eficiencia das macromoléculas orgánicas, estas asumiron as funcións de réplica e sinteses, afastándose da infraestrutura da arxila.

Micrografías de varios cristais de arxila. Tomadas de A.L. Senkayi el al., Clays and Clay Minerals.

FORMANDO "REDES" DE OXÍXENO E SILICIO: O BARRO DA VIDA

A un nivel molecular as estruturas cristalinas da arxila forman patróns xeométricos compostos de átomos de oxíxeno e de silicio (ou de outros metais) xunguidos entre si para formar bandas ou redes. Estas apílanse unhas sobre outras como si foran pratos e mantéñense xuntas por forzas electroquímicas. Cando se mollan, as moléculas de auga lubrican a zona de entre as capas e permiten que os pratos escorreguen con facilidade uns sobre outros. Isto confírelle as arxilas a súa “plasticidade”, que facilita o feito de que os artesáns as moldeen facendo cuncas, xarras e outras pezas de variadas formas e tamaños.

O tamaño microscópico, a estrutura porosa e estratificada das arxilas lles confiren certas características únicas. Teñen unha relación superficie/peso incribelmente elevada. Un só gran de po de barro pode ter a mesma área superficial que un campo de fútbol!.

Os outros dous compoñentes minerais do solo, a area e o limo, teñen partículas moito máis grandes que as arxilas, pero menos área superficial exposta. Para facerse idea de esta distinción entre tamaño e peso, si deixamos caer unha partícula de area nun vaso de auga afúndese a un ritmo de dous ou tres centímetros por segundo, mentres que unha partícula de arxila fina permanece suspendida e pode tardar douscentos anos en descender a mesma distancia.

Entre os defectos comúns dos cristais da arxila, atopamos: a) a desaparición de compoñentes moleculares dentro dun entramado; b) a desaparición de compoñentes moleculares individuais; c) unha desaliñación entre seccións do entramado. Esta crase de defectos son análogos as mutacións xenéticas e poden pasar a "seguinte xeración" cando se desprenden os distintos segmentos ou capas de cristais de arxilas; d) forman a plantilla da súa propia réplica especular. Ilustración de Tamara Clark.

O BARRO MAGNÉTICO

Os átomos exteriores expostos da superficie das moléculas da arxila teñen carga electrostática, atraen ós átomos ou moléculas con carga oposta. Esa interacción pode mudar as características das arxilas mesmas e afectar as características químicas do medio circundante. As campesiñas e rianxeiras, saben que as arxilas do solo son importantes para a nutrición dos cultivos, porque reteñen na súa superficie certos nutrientes esenciais, como por exemplo certas formas con carga positiva do calcio e do magnesio, impedindo que sexan arrastradas por debaixo da zona das raíces polas chuvias e as augas de rego. Certas arxilas póñense dun roxo intenso na cocción si contan con oxíxeno suficiente e un contido alto en ferro na súa composición. A hemoglobina do noso sangue, adopta un roxo intenso cando se osixena.

Entre os tipos de moléculas que se poden ver atraídas polas cargas superficiais das arxilas, e retidas por elas, cóntanse moitos compostos orgánicos, como certas formas de aminoácidos e nucleótidos. A hipótese de que as arxilas serviron de plantilla para o secuenciado das proteínas simples ou os xenes, basease neste feito. Ademais da súa superficie cargada, os cristais da arxila teñen unhas formas moi intricadas e provistas de moitos ocos e recovecos, que poderían servir para situar as parexas de aminoácidos ou de nucleótidos na orientación correcta para facilitar a síntese. Isto parécese ó mecanismo polo cal, as proteínas enzimáticas pregadas de gran tamaño das células modernas, catalizan a biosínteses de macromoléculas.

"Thermococcus gammatolerans" e un dos organismos máis resistentes sobre a faz da Terra. Esta arqueo bacteria pertence o grupo dos radiófilos, capaces de sobrevivir en condicións de elevada radioactividade. Este tipo de extremófilos non se limita so a microorganismos, pois moitos animais e plantas de áreas afectadas como Chérnobil entran nesta clasificación. Sin embargo, Thermococcus gammatolerans lévase a palma como o organismo máis tolerante a radiación, capaz de aguantar a irradiación de raios gamma de ate 30 KGy. So para contextualizar, unha doses de 10 Gy é suficiente para matar a un ser humano. As súas enzimas son estudadas para entender o proceso da carcinoxénesis. Tamén especulouse que o proceso de reparación do ADN desta arqueo bacteria podería usarse para reducir o envellecemento celular.

CREACIÓN DA "MOCHILA" ENERXÉTICA

Na década de 1980, James Lawless, do Ames Research Center da NASA en California, e outros, descubriron que se podía conseguir que os nucleótidos se enlazaran a varias arxilas cando tamén estaban presentes na solución pequenas cantidades de certos metais como o zinc ou o cobre. Estes resultados apoiaron a idea de que as arxilas poderían catalizar os primeiros xenes simples de ARN.

A capacidade de almacenar enerxía química é un requisito importante para a vida, e algunhas arxilas presentan esta capacidade. Certas arxilas comúns, reaccionan quimicamente co ATP, a molécula que exerce de “moeda de troque enerxético” en case todos os organismos vivos. Estas arxilas inflúen nos lazos químicos dos fosfatos do ATP, resultando cruciais para as propiedades de transferencia enerxética de esta biomolécula.

Imáxenes da superficie de Venus captadas polas "sondas soviéticas Venera 9 e 10", enviadas no 1975.

REPLICANDO TAMÉN O ERRO

Graham Cairns-Smith, químico da Universidade de Glasgow, suxire que as arxilas foron as precursoras dos actuais xenes. Baseándose no feito de que a secuencia única de átomos dunha superficie de arxila forma a plantilla para sintetizar a réplica especular de eses mesmos átomos, de xeito parecido a como as secuencias de nucleótidos das cadeas de ADN e ARN son a plantilla para a súa réplica. Ademais, cando os cristais de arxila replícanse a si mesmos, decote a súa estrutura asume irregularidades (mutacións), e esas irregularidades repítense. Os cristais de arxila son “aperiódicos”: aínda que teñen unha estrutura organizada, os seus patróns parécense os tapices exóticos tecidos a man. As irregularidades dos patróns das arxilas son “herdables”, igual que as mutacións dos xenes reais: pasan a capas ou segmentos de cristais de arxilas que se desprenden converténdose nas plantillas de cristais novos.

IMAXINANDO A BROSMIDADE DAS PRIMEIRAS FORMAS DE VIDA

O argumento de Cairns-Smith, basease na idea de que nunca desvelaremos os segredos da orixe da vida si nos limitamos a considerar unicamente os materiais que vemos nos organismos vivos de hoxe en día. “Nunha calculadora de peto non atoparemos unha conta de ábaco de madeira”, explica enxeñosamente.

Os primeiros organismos deberon ser moi rudimentarios e estar feitos de materiais distintos ós que compoñen as células actuais. É posible que a evolución comezara polos procedementos máis simples e doados. As arxilas, son precursoras probables dos xenes, pois ensámblanse a si mesmas espontaneamente (coa axuda das forzas xeolóxicas e hidrolóxicas), replícanse a si mesmas e deberon darse en abundancia nos principios da Terra.

A pirita tamén foi chamada "o ouro dos parvos" pola confusión á que leva o seu parecido con este metal. Atópase frecuentemente maciza, granulada, radiada, estalactítica e globular. Non é raro atopala na súa forma cristalina co seu típico aspecto cúbico (coas caras ás veces estriadas perpendicularmente) ou tamén en octaedros ou piritoedros (poliedros de 12, 16, 18 ou 20 caras) e a miúdo maclada (dous ou máis tipos de cristais interpenetrados un noutro).

ROMPENDO OS MOLDES DE ARXILA

A hipóteses -por demostrar- da “adopción de funcións xenéticas”, postula que nun momento dado unha cadea senxela de nucleótidos de resgos parecidos ó ARN incrústase nun cristal de arxila e facilita de algún xeito, a réplica desta arxila.

Nas súas fases iniciais, ese ARN rudimentario ten un papel secundario e opcional neste proceso, pero ó longo de millóns de ciclos de clonación, o ARN vaise volvendo máis sofisticado. Polo feito de que unha macromolécula orgánica complexa como o ARN, pode albergar máis información que un cristal de arxila e obter un control máis intricado e selectivo das operacións, comeza a dominar a orquestración do proceso de clonación e das funcións catalizadoras da arxila.

Por fin o ARN leva a cabo unha “conquista xenética” completa, e a matriz da arxila vai perdendo tamaño e importancia ate desaparecer de todo. Calquera cristal de arxila que puidera adoptar un ácido nucleico para beneficiarse de ele, tamén sementaría as causas da súa propia destrución. Esta hipóteses de Cairns-Smith sostén que os cristais da arxila foron a andaimaria da evolución dos primeiros xenes verdadeiros.

O "OURO DOS PARVOS" O PULMÓN DA VIDA

O químico alemán Günter Wächtershäuser formulou unha teoría integradora relacionada coa “pirita”. A pirita é un mineral cristaliño moi simple que se pode sintetizar a partir de ferro ferroso e ácido sulfhídrico, dúas sustancias moi abundantes en moitos entornos do solo e nas proximidades das fontes hidrotermais das profundidades do mar. A súa sínteses vese favorecida baixo moitas condicións e polo tanto non require enerxía, senón que a libera. Esta liberación pode impulsar a sínteses de moléculas orgánicas, que logo se enlazan coa superficie altamente reactiva dos cristais da pirita. Esa enerxía pódese usar para absorber carbono do monóxido de carbono ou do dióxido de carbono do seu entorno, parecido a “fixación” do carbono que levan a cabo os organismos fotosintéticos de hoxe en día. A química superficial da pirita a fai superior a moitas arxilas para crear lazos cos nucleótidos. De conseguirse datos experimentais que fortalezan esta especulación do poder da pirita, o chamado “ouro dos parvos” pode ser máis valioso que o ouro de verdade, pois sin ele, nunca existiría vida no planeta, e moito menos unha civilización humana con ansia de metais preciosos.

Urso de Auga, invertebrado microscópico do xénero dos tardígrados, teñen unha extraordinaria resistencia en ambientes extremos, capaces de sobrevivir durante décadas sen comida nen auga. A NASA no 2011 enviou nun transbordador a Marte estos microorganismos, e lograron sobrevivir.

A ESTRAÑA BELEZA DAS PRIMEIRAS FORMAS DE TODO O VIVO E MORTO

Cada vez estase mais preto de atopar unha resposta de como comezou a vida planetaria. Os avances recentes da bioloxía molecular e da xenética apoian as investigacións en materia de química física e química do solo: que a vida orixinouse en entornos extremos, quizá nas profundidades do subsolo ou dentro dos sedimentos das fontes hidrotermais das profundidades mariñas.

Coas novas ferramentas se pode rastrexar as secuencias de nucleótidos do ARN dos organismos vivos na actualidade e determinar con precisión considerable non só o parentesco xenético, senón tamén quen ten as raíces máis profundas na árbore da evolución. E resulta que os representantes vivos dos nosos antepasados máis primitivos son os “extremófilos”, que habitan os entornos subsuperficiais máis hostís que existen no noso planeta. Podemos deducir de que o lugar onde se orixinou a vida, foi nuns hábitats do subsolo parecidos a aqueles nos que hoxe en dia, atopamos eses inusuales microorganismos, os precursores arcaicos e iniciáticos da vida no planeta Terra.

Fonte:

O Subsolo – Unha Historia Natural da Vida Subterránea, David W. Wolfe.

Outros artigos da mesma fonte: