Los inicios de la vida. Lynn Margulis
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forman unas masas irregulares de células individuales. Estas células peculiares se deslizan sobre las superficies sólidas y se mantienen siempre en contacto unas con otras. Se alimentan de otras bacterias y se reproducen por división celular. Cuando la comida escasea, las células que formaban aquella masa migran y se juntan en varios grupos. Cada grupo forma un tallo en cuyo extremo se genera un grupo de cápsulas que contienen células en reposo. Cuando las cápsulas se rompen, las células son dispersadas por las corrientes de aire y las que caen en suelos ricos en nutrientes empiezan de nuevo el ciclo. La estructura en forma de tallo contiene más de mil millones de células y en algunas especies se puede ver con una lupa. (Cortesía de Martin Dworkin, Universidad de Minnesota, Minneapolis).
Los rasgos universales sólo se manifiestan en el nivel bioquímico. Todas las células generan energía, ya sea a partir de la luz del sol (los fotótrofos), ya sea a partir de moléculas ricas en energía (los quimiótrofos). Todas producen también una molécula, el trifosfato de adenosina (ATP), que utilizan para impulsar reacciones que necesitan energía. Todas tienen un sistema de duplicación que se basa en un mismo código genético y en las moléculas de DNA y RNA, sin las cuales, el crecimiento y la reproducción serían imposibles. La universalidad de estas moléculas presentes en todos los organismos vivos de nuestros días nos hace pensar que todas las formas de vida en la Tierra tienen un antepasado común. Por supuesto, la vida actual en la Tierra podría tener antepasados con rasgos moleculares muy diferentes de los que tienen ahora los organismos vivos y muchas de estas formas de vida diferentes de las actuales podrían haberse extinguido antes de que se originase la línea de organismos que conocemos, a la que pertenecen todas las formas de vida. Sin embargo, si alguna vez ha habido organismos basados en principios químicos diferentes a los que rigen la vida actual, estos organismos han desaparecido completamente. Sólo podemos seguir la pista de la vida hasta los antepasados en los que la replicación ya se basaba en la química del DNA y del RNA que encontra-mos ahora en plantas, animales y en todas las otras formas de vida.
La replicación esmerada de las moléculas de dna es crucial para la reproducción de los organismos. Eso asegura que los elefantes sólo puedan engendrar elefantes y que, a partir de los arces, sólo puedan crecer arces. La replicación del dna, modificada por mutaciones, por simbiosis y por la selección natural, explica también por qué los elefantes o los arces viven ahora en una Tierra en la que, en algún tiempo, sólo estaba poblada por microorganismos. La importancia del dna en la reproducción y también en el crecimiento de las células y de los organismos se debe a la información contenida en los genes, que son secciones lineares de una moléculas de DNA. El DNA contiene una información, tanto en el interior de los genes como entre ellos, que tiene que reproducirse de manera precisa para mantener la congruencia de la vida.
Las moléculas de DNA son polímeros, unas cadenas largas formadas por unas unidades parecidas llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está formado por un grupo fosfato, una molécula de azúcar (desoxirribosa) y una base nitrogenada (figura 1.4). Las moléculas de DNA pueden ser muy largas, con millones de nucleótidos. No obstante, sólo hay cuatro nucleótidos, que sólo se diferencian por sus bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y timina. Las moléculas de RNA, generalmente mucho más cortas que las de DNA, también son polímeros formados por nucleótidos, pero el azúcar es ribosa en vez de desoxirribosa y la base uracilo sustituye a la base timina.
Figura 1.4 Representación esquemática de la replicación del DNA. El DNA es una molécula formada por una cadena doble, y las dos cadenas de nucleótidos son complementarias. Por su tamaño y sus propiedades químicas, la adenina siempre se opone a la timina mientras que la guanina se opone a la citosina. Las cadena doble no es plana y recta, como se ve en la figura, sino que está enrollada formando una doble hélice. Cuando el DNA se replica, la hélice se desenrolla y las dos hélices se separan; los nucleótidos procedentes del medio que lo rodea van uniéndose a los nucleótidos complementarios en cada una de las cadenas individua-les hasta que forman, gradualmente, otra cadena doble idéntica a la original.
La secuencia exacta de las bases que forman una molécula de DNA constituye la información genética. La función principal de esta información es especificar la composición de las proteínas, que son los constituyentes que determinan, más que ninguna otra cosa, la estructura de un organismo. Algunas son estructurales; el colágeno, por ejemplo, da fuerza y cohesión a la piel y los huesos. Los cambios de forma coordinados de otras proteínas determinan la contracción muscular. Algunas proteínas son moléculas transportadoras; la hemoglobina, por ejemplo, lleva oxígeno desde los pulmones a los tejidos del cuerpo y devuelve a los pulmones el gas residual (dióxido de carbono). Quizás la función fundamental de las proteínas en todos los reinos de la vida sea la que realizan las enzimas, que catalizan las reacciones biológicas. Sin catalizadores enzimáticos no hay vida.
Como el DNA y el RNA, las proteínas son polímeros, cadenas formadas por unidades más pequeñas. En las proteínas, las unidades son aminoácidos, unos compuestos orgánicos de nitrógeno. Con tan solo unos veinte aminoácidos diferentes, unidos en cadenas que pueden contener desde diez o doce unidades hasta unos cuantos centenares se forman las proteínas de todos los organismos conocidos de la Tierra. Las moléculas de proteínas están formadas por unas o más cadenas de aminoácidos enrolladas y dobladas en una forma tal que determina su función. Dicha forma depende básicamente de la propia secuencia de aminoácidos, aunque también influye la presencia de otras moléculas. Cualquier célula viva sintetiza cada cadena disponiendo los aminoácidos en una secuencia que está determinada de manera exacta por uno de sus genes (figura 1.5). El código para convertir la secuencia de bases del DNA en una secuencia de aminoácidos para formar proteínas es prácticamente universal; una secuencia de bases determinada se convierte en la misma secuencia de aminoácidos en casi todos los organismos.
La réplica del DNA que pasa de los padres a la descendencia, aunque es crucial para el desarrollo del individuo, no es suficiente para asegurar cambios evolutivos: tiene que haber también alguna fuente de variación. Si la réplica fuese siempre exacta, las células de la siguiente generación serían siempre duplicados exactos de las células progenitoras. En ese caso, si las condiciones ambientales cambiasen de manera que el tipo del progenitor no fuese adecuado para autorreplicarse, aquel organismo que se tendría que reproducir moriría sin dejar descendencia. Entre los organismos sexuados (los que tienen dos progenitores), las variaciones provienen en su mayor parte de la combinación del material genético de los progenitores porque la descendencia recibe la mitad de sus genes de un progenitor y la otra mitad, del otro. En el capítulo 5 describiremos la evolución de las estrategias sexuales de los eucariotas primitivos. En la reproducción de los procariotas no es necesario un intercambio sexual; los cambios suelen ser el resultado de una mutación, de un cambio hereditario en la secuencia de las bases de una molécula de dna, de la transferencia de genes de una bacteria a otra en una sola dirección o de la duplicación de los genes.
Figura 1.5 Esquema de la síntesis de proteínas en una célula. Primero, una tira de DNA produce una cadena complementaria de RNA mensajero (mRNA), mediante un proceso parecido a la duplicación del DNA (véase la figura 1.4). Los aminoácidos forman, entonces, cadenas de ribosomas, unos cuerpos esféricos con una especie de corona, hechos de rRNA (RNA ribosómico) y proteínas. Cada ribosoma se une al extremo libre de una hebra de mRNA y empieza a moverse a lo largo de la hebra y lee los tres nucleótidos al mismo tiempo (cada triplete codifica una molécula de aminoácido), y une los aminoácidos indicados formando con ellos una cadena. Los aminoácidos son transportados al ribosoma por las moléculas de tRNA (RNA de transferencia), de las que hay varios tipos, para cada uno de los veinte aminoácidos diferentes que forman las proteínas.
Las mutaciones se deben a un error en el proceso de replicación (la sustitución de una base por la eliminación de unas o más bases). A menudo, estos errores son el resultado de un daño causado en la molécula de DNA por la acción de los rayos X, las radiaciones ultravioleta o determinados productos químicos. Sin embargo, en algunas ocasiones, se producen mutaciones beneficiosas; como estas alteraciones perduran, podrán