Tres destinos de la vida en una sola molécula

Resumen.

Se explican las tres propiedades fundamentales ligadas al material genético: la capacidad de generar un organismo completo desde la fecundación y sus etapas de desarrollo a partir de una célula; la capacidad de reproducirnos, y la evolución de las especies en el curso de millones de años.

Introducción.

Yo imagino que el ejercicio de entender es como el de construir, con la diferencia que con el entendimiento construímos edificios (grupos de ideas organizadas) fuera de la ley de la gravedad. Un ingeniero tiene que hacer primero los cimientos, luego el primer piso y así sucesivamente. Los edificios que construye nuestra mente, son constantemente reconstruídos, conforme aprendemos algo nuevo. Y en esa reconstrucción a veces hacemos cimientos nuevos y toda nuestra manera de ver toma una nueva perspectiva.

Imaginemos que vamos a construir los cimientos de una forma de entender el cosmos, el universo, o sea todo, o casi todo. Hay que empezar por ubicar que todo en el universo existe en el tiempo y en el espacio. El siguiente paso es entender que el universo está hecho de cosas, de dos tipos de “cosas”.  Las cosas inertes y las “cosas” vivas. Las cosas inertes, como las piedras, volcanes, autos y planetas podrán tener mucha actividad, mucha energía, pero no están vivos, no se reproducen.  Hablar de “cosas vivas” suena desagradable porque una mascota no es una cosa, y menos una persona; hablamos mejor del mundo viviente, de “lo viviente”, o también de organismos, (plantas, animales, bacterias, y virus en el límite). Para que este paso lo demos con el entendimiento y no simplemente porque aquí está escrito, lo que necesitamos es entender cuáles son las propiedades fundamentales que nos permiten distinguir entre lo viviente y lo no viviente, entre los organismos, plantas y animales por un lado y las cosas, piedras, astros, libros, ropa e incluso autos, computadoras y fotocopiadoras, por el otro.  Se habla de varias propiedades que distinguen lo viviente de lo inanimado, como es la sensibilidad y capacidad de percepción. En este artículo veremos tres de las propiedades fundamentales que están en el material hereditario de los seres vivientes.

El significado del material hereditario.

Como sabemos, todo ser viviente contiene material genético. Dicho material genético o genoma está constituído de moléculas de ADN. Aparte de entender las bases químicas de las moléculas de ADN, es importante entender qué capacidades confiere en el contexto de las leyes de la vida.

Uno de los destinos o capacidades que confiere el ADN, es el de cómo hacer un organismo. Al leerse los fragmentos de ADN que definen los genes, se producen las proteínas que hacen las células y tejidos, que en conjunto hacen la anatomía de un organismo. El ADN define el plano de construcción, como los planos de un arquitecto en papel. Cada vez que un gene es leído, se construye o sintetiza una proteína, una pequeña pieza de la anatomía de células y por lo tanto del organismo.

En la historia de la biología, y más específicamente de la genética, una de las primeras observaciones fue que de dos caballos nacen siempre caballos, de dos ballenas nacen siempre ballenas. Con la fecundación que da origen a la primera célula de un nuevo organismo, arranca un nuevo individuo que se desarrolla hasta un organismo adulto.  En el siglo XVIII era un misterio entender cómo un organismo puede dar lugar a otro semejante. Era difícil entender cómo “copiar” una estructura que tiene tres dimensiones.  En efecto, una superficie es fácil de copiar, tal y como lo hacen los escultores al cubrir una superficie con yeso, y con el molde de yeso hacen copias del original. Pero si la escultura tiene órganos y una fina anatomía en su interior, ¿Cómo vamos a copiar dicha organización interna? ¿Cómo copiar una estructura de tres dimensiones, cuando solamente podemos tocar la superficie?  Esta pregunta se la hizo Buffon, naturalista francés del siglo XVIII; fue una pregunta que tardó dos siglos la ciencia en contestar.

La respuesta se obtuvo al conocer la estructura del ADN en la segunda mitad del siglo pasado, y al darle una interpretación biológica a dicha estructura de la molécula de ADN. La respuesta a la pregunta de Buffon es que “el código de la vida es lineal”. El ADN es un texto de millones de letras, que es físicamente leído en forma lineal. El misterio se resuelve gracias a que dicha lectura lineal codifica para una proteína, que se dobla y enreda consigo misma para hacer un pequeño edificio molecular de tres dimensiones.  El código que dicta la construcción de un individuo se encuentra escrito en el texto de ADN.  Así el ADN en una célula se asemeja al dibujo que se muestra abajo de Escher de una mano dibujando otra mano que dibujó a la primera mano. El ADN contiene el texto que al ser leído forma las moléculas que lo leen constantemente, además también contiene el texto que al ser leído produce las moléculas que llevan adelante el proceso de reproducción para generar las células de la siguiente generación. La reproducción o capacidad de generar descendientes, descansa en el proceso de copiar una molécula de ADN haciendo dos moléculas, una para cada célula hija (en la reproducción sin sexo en bacterias por ejemplo). En la reproducción de organismos con dos sexos los procesos son más elaborados, pero al final depende del sucede copiado o replicación del ADN.

El ADN de un organismo, o genoma, es un texto de cuya lectura surgen todos los órganos y todos los tipos de células del organismo. Todas las células de un individuo contienen el mismo texto, sin embargo, cada una, como en una orquesta, lee solamente la parte del texto que corresponde a su anatomía y a su biología. Cuando un gene es leído, decimos que se expresa: la información genética se expresa. Cuando el ADN es leído se generan moléculas de RNA –que contienen exactamente la misma información-. La expresión de ciertos genes formará neuronas por ejemplo, mientras que otra colección de genes definirán una célula del hígado, otra combinación las células de músculo y así sucesivamente existen los “capítulos” de todos los tipos de células de cada organismo. Las lecturas, igual que los latidos del corazón, se tienen que hacer constantemente ya que nuestro cuerpo se reconstruye constantemente.  En resumen, todo organismo contiene material hereditario, el cual al expresarse dicta la construcción del organismo durante todas las etapas de su vida, desde embrión, pasando en el caso de humanos por la niñez, adolescencia para llegar al adulto joven, adulto maduro e incluso la vejez hasta llegar a la muerte.

¿Pero está escrita la muerte en ese código?  Para responder a esta pregunta, necesitamos antes entender el segundo destino que confiere la misma molécula de ADN a todos los organismos en la Tierra.

“Ojo y manos dibujando” de Escher.

El segundo mensaje, sucede en otra escala de tiempo completamente diferente, casi inimaginable. El tiempo de los miles y millones de años desde el origen de la vida en nuestro planeta hasta nuestros días.  Tanto tiempo puede sonar excesivo, pero así de maravillosa es la ciencia y la biología que puede decirnos algo de tiempos tan lejanos. Una recomendación al lector, es que continúe leyendo sabiendo que para entender el universo no es solo el pensamiento el que utilizamos, sino, en forma muy importante la sensibilidad y la imaginación. Solo con la imaginación podemos “tocar” diez mil años, o 70 mil años o un millón o más.

En efecto, toda forma de vida proviene, por descendencia, de generación tras generación, una tras otra, en forma continua por millones de años del mismo origen de la vida en nuestro planeta. ¿Podemos acaso pedirle certeza a la ciencia de sucesos tan alejados como el origen de nuestro planeta hace poco más de 4 mil millones de años, (según estimaciones de la ciencia actual)? Hay que entender que la ciencia natural no se maneja con certezas absolutas, más que con unas pocas cuantas. Solamente en matemáticas se hacen demostraciones, con razonamientos lógicos con tal fuerza que dada unas cuantas verdades iniciales, se concluye con absoluta certeza (es decir se demuestra) la existencia de otras verdades. La ciencia natural no hace demostraciones, sólo reúne evidencias. Se estudia el mismo objeto o proceso desde distintos ángulos, con distintos métodos y así, vamos recolectando evidencias de nuestro conocimiento, una tras otra, año tras año, experimento tras experimento, argumento tras argumento, de forma sistemática. Así es como se construye el conocimiento científico.  Es así como en biología se considera como la verdad más probable, que todos los organismos actuales provengamos de un mismo origen. Una evidencia a favor de esta propuesta es que todo lo viviente contiene el mismo tipo de material hereditario: el famoso ADN. Y hay tantas otras evidencias más que apoyan esta propuesta, que actualmente consideramos como un hecho indiscutible, el que toda la vida tiene un origen común.

Regresando entonces a nuestro tema, visto del presente hacia atrás, todo organismo se conecta físicamente con los inicios de la vida. Digo físicamente porque el ADN se transmite “de mano en mano” de una célula materna a una célula hija, no hay otra forma, nadie hace hijos solamente hablando, por ejemplo. Entonces, hay que imaginar una especie de “cordón umbilical” que nos une a través del DNA de nuestras células germinales, con las células de nuestros padres y de nuestros ancestros, hasta llegar, sí, al origen de la vida. Hay que usar la imaginación para sentir semejante hecho asombroso.

Visto del pasado al presente, muchos organismos no dejaron descendencia y no tienen representantes actuales vivos.  Es así como especies enteras vivieron cierto tiempo, algunas durante varios millones de años, y luego desaparecieron, como los dinosaurios que se extinguieron cuando un cometa cayó en lo que ahora es la península de Yucatán en el continente americano.  La sección de la biología que estudia los cambios en esta escala de tiempo es la evolución. La evolución busca entender los cambios que en el curso de los millones de años dan origen a nuevas especies, mientras que otras desaparecen. Es como imaginar un árbol cuya raíz está en el origen, con las distintas ramas que han dado lugar a distintas especies, y solo las ramas más altas son las que tienen las especies que siguen vivas en el presente. Toda esa historia está, con más o menos detalle, escrita en el ADN.  Y así es como nos topamos con el segundo destino: que somos seres individuales que formamos parte de una especie, la humana en nuestro caso, y que todas las especies evolucionan, cambian. Y para bien o para mal, los cambios se dan en forma importante justo cuando se generan nuevos descendientes, nuevos hijos, en cada especie, porque es allí cuando se genera la diversidad que facilitará que unos sobrevivan y otros no. Entonces, resulta lógico que mientras seamos parte de una especie que evoluciona, es inevitable que nuestra individualidad tenga que morir para dar lugar a nuevos organismos que sigan reproduciéndose. La muerte individual es parte de la ley natural que permite a las especies evolucionar.

Esta es en forma simplificada y resumida, la forma que tenemos de entender los tres mensajes que contiene nuestro material hereditario: la capacidad de generar un organismo y de transformarse en las distintas etapas de su desarrollo biológico; la capacidad de reproducirnos, de generar descendencia, y por último el que seamos parte de un “Ser” que es nuestra especie, que evoluciona.

Todo ser viviente tiene estas propiedades. Qué tanto la mano del hombre con la tecnología y la ciencia puedan encontrar otros caminos para la vida humana en el futuro, es otro tema.

Referencias.

Estas ideas están esencialmente dichas en forma maravillosa en uno de los libros que más han influído mi vida, que cuenta con mucho más detalle la historia de la biología desde sus orígenes hace pocos siglos, hasta prácticamente nuestros días. El libro es: “La lógica de lo viviente” Francois Jacob, 1999. Tusquets Editores,