Hipótesis del Mundo de ARN

Explicación de la hipótesis del mundo del ARN

Está ampliamente aceptado que la característica más crucial de las primeras formas de vida era la capacidad de replicarse y reproducirse. De lo contrario, una vez llegado el momento de la forma de vida, no habría nada que continuara su legado, y desde luego no podría haber dado lugar a la plétora de biodiversidad que se encuentra hoy en la Tierra.

La Hipótesis del Mundo del ARN se basa en la capacidad del ARN para autorreplicarse. ¿Podría haber sido una simple cadena autorreplicante la primera forma de vida que surgió? La capacidad del ARN para replicarse sin moléculas externas así lo sugeriría.

Pasos de la Hipótesis del Mundo del ARN

Puesto que toda la vida desciende de un antepasado común, podemos suponer que todas las formas de vida supervivientes dieron los mismos pasos evolutivos en los primeros orígenes de la vida, cuando se aplicó el modelo del mundo del ARN. Esto es, hasta la aparición del último ancestro común universal (LUCA).

La sopa molecular primordial

Como muchas otras teorías sobre el origen de la vida, el mundo del ARN comienza en la sopa primordial (Fig. 1).

Tras reacciones químicas espontáneas, la sopa molecular primigenia se llenó de nucleótidos flotantes, los componentes básicos del ADN y el ARN.

Estos nucleótidos flotantes dieron lugar a las primeras cadenas de ARN. Sin embargo, se descomponían rápidamente y volvían a formarse en un ciclo repetitivo. Las cadenas de ARN más estables se alargaron, uniendo más nucleótidos hasta que crecieron más rápido de lo que se descomponían.

La aparición del ARN autocopiante

Finalmente, surgió el ARN autocopiante. La estructura del ARN habría influido en la rapidez y el éxito de su replicación, hasta que un ARN autocopiante superó al resto mediante la selección natural.

Lareproducción, sexual o por autorreplicación, es un requisito crucial para la vida primitiva, por lo que estos filamentos autorreplicantes podrían considerarse la primera forma de vida.

Las primeras proteínas

La primera proteína del mundo surgió con un poco de ayuda del ARN captador. Los ARN captadores son ARN simples que literalmente se "agarran" a otras cadenas o moléculas de ARN para formar complejos, cambiando o mejorando su función en el proceso. Esta primera proteína o compuesto fue probablemente un ribosoma primitivo y dio el pistoletazo de salida a la síntesis de otras proteínas.

Poco después del ARN grabador llegó el desarrollo delos espliceosomas.

La capacidad de producir una variedad de proteínas a partir de una hebra de ARN habría sido increíblemente beneficiosa para los primeros organismos, acelerando su viaje evolutivo.

La evolución del ADN

Pasaron millones de años y surgió un ARN cada vez más complejo, que acabó dando lugar a las complejas proteínas contemporáneas y, más tarde, al ADN. Entonces, del mismo modo que podrías delegar tus tareas en un hermano menor, las proteínas y el ADN asumieron las funciones desempeñadas por el ARN primitivo. Las proteínas pasaron a ser responsables de impulsar las reacciones químicas dentro de las células, mientras que el ADN, más estable que su homólogo el ARN, era ahora responsable del almacenamiento de la información genética.

Así es como la Hipótesis del Mundo del ARN sugiere que acabamos con el ADN como material genético primario y las proteínas como principales impulsoras de las reacciones celulares. El ARN se formó y acabó dando lugar a los predecesores de cada una de las funciones iniciales del ARN, dejando que éste actuara como intermediario.

Pruebas de la Hipótesis del Mundo del ARN

La Hipótesis del Mundo del ARN es la teoría más respaldada de nuestras hipótesis actuales sobre el origen de la vida en la Tierra, ya que los científicos han conseguido descubrir algunas pruebas bastante convincentes para demostrar su caso...

La Tierra probeta:

La Hipótesis del Mundo del ARN se basa en la existencia de nucleótidos de vida libre. En la sopa primigenia, el ARN se descomponía continuamente.

Formar hebras cada vez más largas que crecían a un ritmo más rápido del que se deshacían era la única forma de escapar a la descomposición completa. Por lo tanto, una abundancia de nucleótidos sería una ventaja, si no una necesidad, si las hebras de ARN iban a crecer hasta convertirse en una maquinaria más compleja que pudiera sustentar la vida. Si el ARN quisiera realmente tener éxito, tendría que fabricar más nucleótidos por sí mismo...

Muchos científicos han recreado las condiciones de la Tierra primitiva y la sopa primordial dentro de tubos de ensayo. Estos experimentos aislados han acabado haciendo evolucionar complejas cadenas de ARN que pueden impulsar reacciones químicas para producir algunos nucleótidos.

La hipótesis del mundo del ARN afirma que los ARN constructores de nucleótidos serían necesarios hacia el principio de los orígenes de la vida para proporcionar los bloques de construcción de hebras de ARN más largas y complejas. Estos experimentos de probeta demuestran que el ARN puede impulsar las reacciones de construcción de nucleótidos necesarias.

¿Por qué el ARN y no el ADN?

El ARN puede impulsar reacciones químicas y transportar información genética. Mientras que el ADN sólo puede hacer esto último por sí mismo (Fig. 2).

Figura 2: La diferencia de estructura entre el ARN y el ADN indica qué fue primero en la evolución de la vida y el material genético, Fuente: biologydictionary.net

No sólo la multifuncionalidad del ARN sugiere que fue la forma inicial de la información genética, sino también su estructura.

Uno de los componentes básicos del ARN es la ribosa, un hidrato de carbono simple que se ha visto producir en "tubos de ensayo terrestres" replicando las condiciones primordiales.

Por el contrario, el ADN contiene desoxirribosa, un azúcar más estable pero complejo que suele producirse utilizando ribosa como reactivo. En las células modernas, esta reacción requiere catalizadores proteínicos, por lo que es poco probable que el ADN surgiera antes de que el ARN tuviera la oportunidad de impulsar la síntesis proteínica. Esto constituye una prueba de que el ARN es el precursor del ADN.

Partículas de reconocimiento de señales:

La aparición de proteínas que transmiten algún tipo de beneficio al organismo habría supuesto una enorme ventaja para las primeras formas de vida de ARN. Sin embargo, este beneficio sólo se produciría si la proteína estuviera en el lugar y el momento adecuados.

Como las proteínas son la base de todos los procesos celulares, lo mismo ocurre con las células modernas. Las células modernas contienen partículas de reconocimiento de señales ( PRS ).

Las PRS buscan constantemente la producción de nuevas proteínas por los ribosomas. Cuando se registra la síntesis de una nueva proteína, las SRP se unen al extremo de la proteína mientras aún está en proceso de síntesis, deteniendo el proceso hasta que la proteína es transportada a su nuevo hogar en la célula.

Los PRS están formados por proteínas y ARN, y este mismo ARN se encuentra en todos los organismos vivos actuales. Esto sugiere que los primeros PRS evolucionaron cerca del principio de los orígenes de la vida, y puesto que están construidos a partir de ARN, esto apoya la hipótesis del mundo del ARN.

Problemas con la hipótesis del mundo del ARN

La hipótesis del mundo del ARN no es en absoluto perfecta, y aunque la mayoría de los científicos la consideran la teoría principal, no le falta oposición.

La ausencia de péptidos:

Los péptidos, cadenas cortas de aminoácidos que forman las proteínas, facilitan la transcripción y la traducción. Ambos son procesos cruciales para la vida sostenida.

Algunos científicos dudan de la capacidad de los péptidos para haberse creado esencialmente a sí mismos (ya que los péptidos se forman, con la ayuda de enzimas, durante la traducción). En su lugar, sugieren la "Teoría del Mundo ARN-Péptido", según la cual los péptidos estaban presentes en la sopa primordial.

Sin embargo, los científicos que apoyan la Hipótesis del Mundo del ARN han realizado experimentos en los que los péptidos se han formado en condiciones similares a las de la Tierra primigenia a partir de los precursores de los aminoácidos.

El ARN es una molécula compleja:

Existen algunas dudas sobre la complejidad del ARN y la probabilidad de que surgiera antes de la vida. La hipótesis del "metabolismo primero" propone que los primeros seres vivos fueron ciclos químicos que produjeron moléculas más complejas.

Aunque los científicos partidarios de la Hipótesis del Mundo del ARN han señalado que estos seres serían incapaces de experimentar la evolución darwiniana. Por lo tanto, el ARN formado después de este punto seguiría clasificándose como la primera aparición de la vida.

Habrás observado antes que dijimos que sólo se han producido algunos nucleótidos de ARN en experimentos terrestres de probeta. Algunos científicos creen que esto no es suficiente, y que los nucleótidos restantes y la maquinaria de ARN correspondiente son demasiado complejos para formarse tan pronto como exige la Hipótesis del Mundo del ARN.

Imprecisiones en la copia del ARN:

Hay una razón por la que nuestra información genética se almacena hoy en día en el ADN. Sencillamente, es mucho más fiable, ya que el ARN sufre frecuentes errores de copia. Estos errores podrían ser desastrosos para la evolución primitiva, ya que cuando la tasa de errores es demasiado alta, la evolución darwiniana pierde su ventaja.

Resumen de la hipótesis del mundo del ARN

En resumen, la hipótesis del mundo del ARN afirma que el material genético original debió de ser ARN, ya que puede realizar las funciones tanto de las proteínas como del ADN. Otras características importantes del ARN como precursor del ADN son su capacidad de autorreplicarse, su estructura molecular (ligeramente) más simple y la estructura de los ribosomas como prueba de una necesidad temprana del ARN de dirigir sus propias reacciones químicas en ausencia de ADN y proteínas.

La Hipótesis del Mundo del ARN es la teoría mejor considerada y más respaldada por los científicos sobre el origen de la vida en la Tierra.