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miércoles, 27 de mayo de 2020

ORIGEN DE LA CÉLULA EUCARIOTA. Las misteriosas relaciones entre LUCA y LECA




En prácticamente cualquier texto de biología donde se plantee el origen de la célula eucariótica es frecuente encontrar frases del tipo: …es uno de los principales problemas -misterios, retos- de la biología evolucionista; …representa el mayor salto, la mayor discontinuidad, de la evolución biológica… Naturalmente, el abordaje de semejante dificultad exige tomar en consideración los principales datos disponibles, para realizar un abordaje lo más amplio posible, y elaborar una teoría que dé cuenta de todos ellos; y no caer en la tentación del practicismo -cada vez más frecuente- de reducir los problemas y las interpretaciones de los datos obtenidos a la dimensión de los métodos empleados, ignorando, además, los métodos e interpretaciones de otros investigadores. En este sentido, el análisis que aquí realicemos sobre el origen de la célula eucariótica, se realizará -desde una perspectiva evolutiva lo más amplia posible- teniendo en cuenta la problemática asociada al origen de la vida que pudo influir en las diferencias fundamentales entre los grandes tipos celulares; (ver la entrada de 10 de marzo de 2017 de este blog: Origen de la vida y origen de la célula eucariota). De esta manera, intentaremos recorrer el camino evolutivo que se fue abriendo paso desde las etapas prebióticas hasta LUCA (Last Universal Common Ancestor), y, desde esta célula, hasta LECA (Last Eucaryotic Common Ancestor).

La naturaleza y el sentido de las cosas
Aunque el nivel conceptual aconsejable a los posibles lectores de este blog está por encima de la biología de 2º curso de bachillerato, quiero repasar la clasificación elemental de la célula -como unidad de vida y, por tanto, de su origen- en dos tipos celulares, las denominadas células eucariota y procariota; para llamar la atención acerca de que, frecuentemente, se dice que, a diferencia de la célula eucariota -literalmente la célula con núcleo verdadero-, la célula procariota carece de él. Aquí asoma un problema de índole epistemológica: si los autores que nombraron a las células sin núcleo verdadero querían sólo subrayar su ausencia deberían haberlas denominado acariotas; pero sabemos bien que, con la denominación procariotas, lo que quisieron subrayar no fue la mera descripción estructural de este tipo de células, sino su anterioridad evolutiva respecto a las eucariotas; esto es, que son, literalmente, anteriores en la evolución a la aparición del núcleo. De esta manera, LUCA sería la célula ancestral, de naturaleza procariota, y LECA, como su nombre indica, el posterior ancestro eucariota. Este orden nos puede parecer evidente -en castellano: patente, cierto, manifiesto, sin necesidad de ser probado, como la diferencia entre el día y la noche-, dejándonos llevar por el razonamiento de que lo más sencillo precede a lo más complejo; pero, en rigor científico, no podemos utilizar este razonamiento como prueba de prioridad evolutiva. Pero, además, continuando con el modelo de evolución celular vigente, una somera comparación de los esquemas estructurales de las células procariotas y eucariotas nos asoma al abismo existente entre ambas clases celulares, sin tipo intermedio alguno que sirva de puente, y permita proponer algún proceso de evolución gradual entre ellas. Los procariotas -literalmente células anteriores a la aparición de un núcleo verdadero- tienen en su lugar una molécula de ADN circular, sin histonas, denominado nucleoide; tampoco tiene sistemas internos membranosos, todo lo más unos repliegues de la membrana plasmática, de naturaleza lipoproteica,  denominados mesosomas; ribosomas citoplasmáticos de tamaño más pequeño que los de eucariotas; flagelos, pili y fimbrias con estructuras diferentes a los flagelos eucarióticos; pared celular rígida de composición y estructura variable según los grupos; y cápsula o glucocálix de naturaleza glucídica. Por su parte, la célula eucariota presenta una estructura general muy distinta: además de un núcleo con doble membrana y cromosomas complejos con histonas; presenta un sistema interno membranoso complejo, con retículo endoplasmático, rugoso -por ir tachonado de ribosomas- y liso; aparato de Golgi; vesículas de endocitosis y exocitosis; citoesqueleto con centrosoma y las proteínas implicadas en su organización; lisosomas y peroxisomas; mitocondrias; cloroplastos; vacuolas; membrana plasmática de naturaleza lipoproteica; y, en algunos tipos celulares, una pared celular, que la rodea, de naturaleza totalmente distinta a las de los procariotas. Pero, además de esta enorme brecha estructural, sin formas intermedias, hay diferencias funcionales esenciales, aún más importantes, entre los dos tipos celulares: por decirlo en dos palabras, los procariotas son más genéticos, mientras que los eucariotas son más plásticos. Aunque, más adelante, iremos desarrollando esta primera pincelada sobre la naturaleza esencial de ambas células, vamos a esbozar aquí que por más genético queremos señalar: procesos más deterministas; más dependientes del azar que origina mutaciones; proteínas más estructuradas y con funciones más específicas, asociadas a mecanismos del tipo llave cerradura. Por su parte, los eucariotas son más plásticos: con procesos de plasticidad adaptativa frente a la contingencia ambiental; dependientes de la información conformacional adquirida por sus proteínas esenciales, que exhiben un mayor o menor grado de desorden estructural intrínseco; son, por tanto, más epigenéticos.
Siguiendo este razonamiento, las diferencias entre procariotas y eucariotas -entre LUCA y LECA- son tan grandes que debemos plantearnos algunas preguntas que orienten nuestras pesquisas: ¿cómo la evolución biológica, en la Tierra, ha trazado dos caminos tan diferentes como los que vemos en la esencia, funcional y estructural, de procariotas y eucariotas? Realmente –además de la ausencia de intermediarios entre procariotas y eucariotas- hay tantas diferencias entre ellos, que resulta muy difícil imaginar cómo pudo surgir la célula eucariota a partir de la procariota; y, sobre todo, ¿por qué? Dado que los procariotas son los organismos mejor adaptados a todos los ambientes, controlan todos los metabolismos, la herencia vertical y horizontal, tienen formas increíbles de resistencia; entre otras características favorables, ¿qué presión selectiva fue tan fuerte para que de algunos de ellos surgiera, en un considerable periodo de tiempo, la célula eucariota? Y no me refiero ni a la mitocondria ni a los cloroplastos –bien explicados por la teoría endosimbiótica de L. Margulis- me refiero fundamentalmente al núcleo, al retículo endoplásmico, al aparato de Golgi, al citoesqueleto y a todos los sistemas funcionales asociados con estos orgánulos. Quizá deba revisarse el planteamiento de que, en la evolución biológica, lo más simple precede siempre a lo más complejo: en este caso la creencia –presente en todas las hipótesis actuales- de que los procariotas precedan a los eucariotas. Pero, de momento, sigamos con este razonamiento, y con la idea añadida de que los procariotas son “más genéticos”, mientras que los eucariotas son “más plásticos”. Estas ideas nos llevan también a plantearnos: ¿son los virus un tipo de procariota ancestral, extremadamente genético? Todas estas cuestiones que surgen alrededor de las enormes diferencias esenciales entre procariotas y eucariotas son fundamentales dado que, la muy influyente biología molecular -y su flamante dogma central, de información en un único sentido- se fundó sobre investigaciones realizadas con bacterias y virus que las infectaban (bacteriófagos); dejando aparte a la otra rama esencial de la vida, los eucariotas. Veremos cómo este acta fundacional procariota y genético, de la nueva biología, va a condicionar al planteamiento de sus grandes problemas marco -origen, naturaleza y evolución de las células- y de sus contextos, anterior y posterior: la evolución pregenética y epigenética. En definitiva, para intentar averiguar el origen, la naturaleza y la evolución de LUCA y LECA -y sus misteriosas relaciones- debemos volver a plantearnos algunas viejas cuestiones respecto al origen de la vida del tipo ¿qué fue primero, el huevo o la gallina? Estas cuestiones giran alrededor de: ¿qué fue prioritario en el origen, el ARN/ADN o las proteínas? O mejor aún, ¿qué fue prioritario, la información conformacional de las proteínas -y también de las ribozimas- o la secuencial del ARNm y el ADN? O, en definitiva ¿qué fue prioritario, la estructura o la función?

Estructura función o función estructura
La biología surge como ciencia, en el siglo XVIII, con la idea de organización funcional, porque saca y diferencia a los seres vivos de la medieval, creacionista y, por lo tanto, ahistórica cadena continua de los seres; separando, así, a los seres vivos u orgánicos de los seres inorgánicos. Buffon, Lamarck, Cuvier, Darwin, Wallace, Huxley, Haeckel, entre otros muchos, a pesar de sus diferencias, eran profundamente funcionalistas. Pero, en el siglo XX, la biología plantea un nuevo enfoque estructural de los niveles de organización de los seres vivos, y cae en el reduccionismo y en el neovitalismo del denominado programa genético (ver la entrada de 21 de abril de 2020 de este blog: Programa genético o interacción organismo-ambiente).
Podemos resumir el diagnóstico de la situación actual de la biología, como delimitada por un paradigma genocéntrico regido por el dogma central de la biología molecular (DCBM), donde la información secuencial de la estructura primaria del ADN está dirigida, en sentido único, hacia la formación de las proteínas, consideradas, así, como su expresión funcional. Realmente hay un cierto paralelismo entre esta idea moderna de la vida y la que se tenía, en el siglo XVI, de la naturaleza como instrumento divino. Los partidarios a ultranza del programa genético sobre las bases del DCBM, plantean una discontinuidad, una singularidad de los seres vivos respecto a los inorgánicos en el origen de la vida. La discontinuidad o singularidad no es material: los átomos de los seres vivos son los mismos que los de la materia inorgánica, y muchas de las biomoléculas sencillas también. La discontinuidad está en la organización -en la estructura de los seres vivos- sobre la base de combinaciones singulares de las bases nitrogenadas en los ácidos nucleicos -como biomoléculas portadoras de la información genética- sin que la plasticidad funcional de los seres vivos, en su interacción con el medio, tenga ningún papel. En los niveles de integración inorgánicos las estructuras resultan de las interacciones necesarias previas, mientras que, en el paradigma actual de la biología, las estructuras vivas surgen del encuentro, al azar, de la información genética adecuada, y de su paso posterior por el tamiz de la selección natural. Esta concepción de la vida es teleológica, ya que contempla la formación de las estructuras moleculares de los seres vivos como la adquisición, al azar, de una combinación informativa única -y, por lo tanto, preconcebida- que posibilite la formación de las estructuras necesarias para las funciones vitales. Es como si estuviéramos ante un sistema de búsqueda al azar de claves vitales para encontrar las estructuras con las que pudiera iniciarse la vida. Aquí radica la teleología y el neovitalismo informativo de la nueva biología: las estructuras moleculares de la vida no surgen como resultado no buscado de las interacciones previas de moléculas inorgánicas, en un ambiente adecuado, sino como el hallazgo al azar de la información necesaria para arrancar el proceso de la vida. En el paradigma actual esta información estructural sería única y estaría definida previamente: la estructura sería prioritaria sobre la función, también concebida previamente.
En la entrada anterior del blog, sobre Programa genético, proponíamos que, siguiendo la metáfora lingüística asociada al código genético, podríamos considerar a las proteínas como las palabras -con su significado y su significante, esto es, su función y su estructura- y a los genes como los depositarios de la información codificada de las palabras. Extendiendo la metáfora, las proteínas se podrían identificar con la palabra hablada, más vinculada a la acción -tanto en el origen de la humanidad y su evolución, como en el desarrollo del niño y en la lectura de un texto-, mientras que los genes se identificarían mejor con la palabra escrita. Así pues, del mismo modo que los humanos fuimos los agentes que construimos un lenguaje, sobre la actividad social, propiciando así una evolución cultural; podríamos decir que las proteínas son los agentes que -mediante el código genético- construyen su lenguaje molecular, genético y epigenético, su cultura molecular, tanto en la filogenia, como en la ontogenia y en la fisiología celular. Siguiendo con esta metáfora, en la etapa prebiótica del origen de la vida la información, pregenética, sería conformacional: la coselección de los módulos estructurales básicos -hidrofílicos e hidrofóbicos- de los péptidos y polipéptidos; y de los ARN pequeños y ribozimas. Esta información conformacional pregenética, modelada frente al medio molecular, representaría la palabra hablada en la metáfora. Con el establecimiento de la relación, de código genético, entre las secuencias de los polipéptidos y las de los nucleótidos del ARN y del ADN, entramos en la etapa genética, propia de la evolución celular. Con la llegada de la genética se logra, fundamentalmente, la invariancia y la posibilidad de combinar y empalmar los módulos estructurales de los polipéptidos seleccionados en la etapa anterior. Ya no hay límite para la longitud de los polipéptidos, ni para la combinación funcional de sus dominios, tanto en estructuras terciarias como cuaternarias. La genética se correspondería con el lenguaje escrito. Por su parte, la evolución celular y pluricelular, fundamentalmente eucariota, se realiza sobre la exaltación del gobierno epigenético de las conquistas genéticas frente a los cambios medioambientales: en definitiva, la plasticidad conformacional pregenética aplicada al manejo espaciotemporal de los módulos genéticos. En la metáfora, esta información epigenética se correspondería con la etapa actual de la humanidad, embebida en la cultura de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación.
El problema que plantea el paradigma genocéntrico -y su dogma central- para que arranque la vida en la Tierra, por puro azar, es similar al de colocar a un mono delante de una máquina de escribir, y esperar cuánto tarda en escribir, punto por punto, el Quijote. Creo que no he sido muy exigente con las condiciones del experimento mental propuesto: sólo he incluido el Quijote, y he puesto ya a un mono, y, además, con una máquina de escribir. Sin embargo, todos sabemos lo que tardó un mono en hacerse humano, y que de la evolución humana surgiese Cervantes y escribiese el Quijote. Y no sólo Cervantes, y no sólo el Quijote. Ese tiempo es un suspiro comparado con el calvario infinito del mono ante una máquina de escribir. La plasticidad biológica frente al medio -social, en el caso del animal humano- es inmensa, y en ella opera la información pregenética, genética y epigenética, sobre la base de la necesidad imperativa de las interacciones materiales de los niveles vivos (supramolecular, celular y pluricelular) frente a la cambiante contingencia ambiental. Así, desde Darwin, sabemos que no hay proyecto, ni propósito en la evolución; que los seres vivos que han sido, son o serán, pertenecen al universo de lo posible, pero que ese universo no se va a plasmar en ningún rincón a la vez. La evolución de la vida en la Tierra podría haber cursado sin que apareciéramos los humanos; y, por supuesto, la evolución humana podría no haber tenido a Cervantes; o sí, pero sin ser escritor; o ser escritor, pero sin escribir el Quijote, etc. No hay determinismo ni en el origen, ni en la naturaleza, ni en la evolución; sólo la necesidad y la contingencia, concatenadas, de las interacciones materiales.
Así pues, dada la concatenación universal entre la necesidad de los fenómenos y la contingencia de los sucesos, en cualquier historia, incluida la evolución biológica en la Tierra; vamos a ver la importancia que tiene entender el origen de algo, para entender su naturaleza y su evolución; y viceversa. De esta manera, los datos que obtengamos de cualquiera de estas tres características comunes, de los grupos de seres vivos, deben ser valorados por su coherencia con las otras dos. Como hemos visto, en el planteamiento del origen de la vida -y atendiendo a la, ya comentada, paradoja del huevo y la gallina- tenemos básicamente dos modelos: el genocéntrico de estructuras formadas al azar, o el proteocéntrico de estructuras modeladas por una actividad funcional coherente frente al medioambiente. Pero, realmente, hay otra división más amplia en cuanto a los modelos disponibles, que abarca a la división anterior, y que también hemos esbozado:
·       La vida surgió por azar, en la Tierra, y quizá sea un suceso único -lo que algunos investigadores llaman “un accidente congelado”. En este modelo estaría el paradigma genocéntrico, actualmente representado, principalmente, por la hipótesis del “mundo de ARN”.
·       La vida surgió -en la Tierra, como podría surgir en otros rincones del Cosmos- como consecuencia de leyes naturales físicas y químicas; esto es, como resultado de la necesidad imperativa de los fenómenos naturales. En este modelo estaría alguna versión del paradigma proteocéntrico, y alguna hipótesis nueva sobre el origen de la vida, relacionada con el desarrollo temprano del metabolismo como punto de arranque de los procesos vitales.
Es comúnmente aceptado, que el origen de la vida comprende un periodo de tiempo que va desde el arranque de la evolución prebiótica molecular hasta el surgimiento de las primeras unidades de vida: esto es, las primeras células como unidades estructurales y funcionales de vida. Para ello, deben originarse e integrarse tres sistemas celulares, a saber: un compartimento membranoso, un metabolismo y un sistema de replicación de la información biológica adquirida. Muy sucintamente, vamos a repasar algunos de estos aspectos (como ya hemos comentado, se puede ampliar el tema en las entradas del blog anteriores citadas). En cuanto al compartimento, tan solo decir que es el sistema que menos problema da, ya que, por una parte, la termodinámica favorece la agrupación de lípidos en agua formando bicapas lipídica; y, por otra, no es tan importante su prioridad respecto al metabolismo o la replicación. El metabolismo sí plantea ya algunas hipótesis alternativas: puede organizarse bajo la actividad catalítica del ARN o bajo la actividad enzimática de las proteínas. Pero, ahora también surge la posibilidad alternativa de la hipótesis “primero el metabolismo”. Esta hipótesis ignora la posible prioridad de las proteínas, tanto en el metabolismo como en la replicación; y se centra en disputarla, en exclusiva, con el ARN. Los autores -J. Trefil, H. J. Morowitz y E. Smith- argumentan, al respecto, que la hipótesis de “El mundo de ARN”, aunque tiene a su favor el presentar una molécula autorreplicante con cierta actividad catalítica, responde al modelo de “accidente ccongelado” producido por azar: “Un escenario del tipo ҅primero el ARN en el que no se explique cómo surgieron las moléculas de ARN  nos parece una base inapropiada para establecer una teoría sobre el origen de la vida. La molécula de ARN, demasiado compleja, requiere un primer ensamblaje de monómeros y la concatenación posterior de monómeros para dar lugar a polímeros. Tratándose de un acontecimiento aleatorio en ausencia de un contexto químico estructurado, la probabilidad de que se produjera semejante secuencia de sucesos es prohibitivamente baja; asimismo, el proceso carece de una explicación química convincente”.
En la hipótesis de “primero el metabolismo” plantean que “la vida fue el resultado inevitable y progresivo del funcionamiento de las leyes de la física y de la química”. Se originaría, así, un ciclo metabólico reductor, compuesto por entramados sencillos de pequeñas moléculas, impulsado de forma necesaria por la termodinámica; esto es, la tendencia de los procesos hacia estados de menor energía libre. Las primeras reacciones podrían haberse desarrollado en los huecos de rocas porosas llenos de geles orgánicos. El metabolismo primitivo consistía en una serie de reacciones químicas sencillas que transcurrían por la actividad catalítica de entramados de moléculas pequeñas, quizás ayudadas por minerales allí presentes. El inicio pudo partir del núcleo del metabolismo actual -el ciclo de Krebs, del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos-, pero operando en el sentido reductor de los organismos quimiolitotrofos, aceptando electrones energéticos para formar macromoléculas reducidas a partir de otras oxidadas más pequeñas. En las fuentes hidrotermales profundas se originan moléculas de hidrógeno y de dióxido de carbono. La tendencia termodinámica hace necesario el descenso de electrones hacia niveles de menor energía, por lo que los electrones del H2 se transfieren al CO2, produciendo acético y agua.
Las etapas fundamentales del origen y evolución de la vida deben explicarse mediante largos procesos concatenados y escalonados, sin recurrir a sucesos aleatorios altamente improbables. De esta manera, se iniciaría el metabolismo antes de la entrada en escena del ARN. Pero, quizá las proteínas -que no tienen las dificultades del ARN, ni para su síntesis, ni para su estabilidad- pudieron haber intervenido en el origen del metabolismo, o coevolucionar con el mismo. En cualquier caso, el paradigma proteocéntrico coincide con la hipótesis de “primero el metabolismo” en salirse de la lógica del “accidente congelado”, fruto único del azar; para considerar la vida hija legítima de la evolución de la materia, regida por los mismos principios físicos y químicos en todo los rincones del Cosmos. Pasaríamos así, del azar y la necesidad, que proponía J. Monod, a la necesidad de los fenómenos y la contingencia histórica de los sucesos.

¿Pudo surgir la vida de las proteínas?
Distintos motivos razonados, me llevaron a proponer un paradigma proteocéntrico del origen y evolución de los seres vivos, que también resultan, de forma inevitable y progresiva, del funcionamiento de las leyes de la física y de la química (A. Ogayar, 1991), (A. Ogayar, M. Sánchez-Pérez, 1998). Este paradigma, además, guarda coherencia con un modelo de evolución celular y eucariogénesis. A continuación, vamos a ver, muy sucintamente, el origen de la vida según este paradigma proteocéntrico (para una visión más detallada ver la entrada del blog de 2017, y las de 4 de marzo y 21 de abril de 2020).
En el paradigma funcional proteocéntrico la vida se elevaría, de forma contingente, sobre las interacciones moleculares necesarias -mediadas por el agua líquida- que, así, producen estructuras, que permiten un nuevo baile de interacciones necesarias, que van siendo seleccionadas al tiempo que integran las protofunciones vitales y las protoestructuras que las permiten y mantienen. Antes de continuar debemos aclarar qué entendemos por necesidad (ver la entrada del blog de 3 de abril de 2018: El azar, la necesidad y la contingencia). En la concatenación de interacciones materiales, no programadas ni dirigidas, que originan las estructuras vivas: necesidad-contingencia-nueva necesidad…; debemos distinguir entre necesidad imperativa (la que no puede dejar de ser, dadas unas determinadas condiciones) y necesidad funcional (igualmente imperativa, pero ya encauzada en una función.  Así, partiendo de unas determinadas condiciones físicas y químicas, unas moléculas iniciales interaccionan de forma necesaria (imperativamente), y originan unas nuevas estructuras moleculares; la contingencia ambiental selecciona estas estructuras, que, así, interaccionaran a su vez de forma necesaria según sus propiedades y condiciones ambientales, físicas y químicas. En esta concatenación entre necesidades y contingencias, se irán seleccionando protofunciones y protoestructuras que las satisfagan. La selección natural y la conservación de estas protoestructuras funcionales hará que sus nuevas interacciones imperativas, frente a los cambios de su medio ambiente, parezcan seguir un programa o proyecto dirigido a cumplir una determinada función vital; es por ello que, para subrayar el carácter de aparente teleología, sin serlo realmente, Monod utilizó el término teleonomía; aunque -como él pone la estructura (de origen genético) por delante de la función-, yo prefiero denominarlas interacciones imperativas funcionales o sencillamente necesidades funcionales. Así, con el origen de los seres vivos, se va tejiendo una red funcional de interacciones necesarias.
Está universalmente reconocido que, en el arranque del proceso contingente, que condujo a la vida, tuvo una importancia fundamental la intervención de una molécula extraordinaria: el agua líquida. Esta molécula presenta unas propiedades, físicas y químicas, extraordinarias que la dotan de una constelación de funciones biológicas muy importantes. Todas estas propiedades, y las funciones derivadas de ellas, proceden de la estructura reticular del agua líquida. Esta red dinámica se basa en la formación y rotura de puentes de hidrógeno entre los dipolos de moléculas de agua contiguas. Entre las propiedades más citadas del agua destacan: la acción disolvente, que la constituye en el disolvente universal; las elevadas fuerzas de cohesión y adhesión; el gran calor específico; el elevado calor latente de vaporización; los usos bioquímicos del agua, en la fotosíntesis y en las reacciones de hidrólisis; etc. Pero aquí me interesa señalar una propiedad que no se destaca tanto en los libros de texto: la capacidad del agua para formar estructuras. La fuerte tendencia del agua a mantener su estructura reticular, y a oponerse a cualquier otra molécula que la altere, hace que el agua rodee a los grupos polares y empaquete a los apolares. Esto es, se lleve bien con los primeros, que por ello se denominan hidrófilos; y mal con los segundos, que por ello se denominan hidrófobos. Cuando, en el agua, hay moléculas anfipáticas -esto es, que presentan los dos tipos de grupos, polares y apolares-; el agua empuja y empaqueta, mediante fuerzas hidrofóbicas, los grupos apolares que le molestan y mantiene el contacto con los grupos polares. Con este reordenamiento molecular de los grupos hidrofílicos e hidrofóbicos, en el seno del agua, se van generando estructuras esenciales para la vida, que se mantienen bien mediante fuerzas débiles pero cooperativas: de los grupos hidrofílicos con el agua que los rodea, y de los grupos hidrofóbicos entre sí, que fuertemente empaquetados, por el agua, pueden experimentar la atracción de las denominadas fuerzas de Van der Waals.
Así pues, del imperativamente necesario baile del agua con los grupos hidrofílicos e hidrofóbicos de determinadas moléculas presentes en la denominada sopa prebiótica, se irían formando y seleccionando macroestructuras moleculares como bicapas lipídicas y polipéptidos; con los que, merced a sus nuevas interacciones necesarias, se irían seleccionando, en coherencia funcional, las membranas del compartimento celular; las proteínas autorreplicativas tipo prión; y las enzimas del metabolismo primitivo: compartimento, replicación y metabolismo, los tres sistemas básicos celulares de las tres funciones vitales generales, nutrición, relación y reproducción. Tanto en los tres sistemas como en las tres funciones originarias tienen un papel fundamental las proteínas.
A diferencia del paradigma genocéntrico, aquí se presenta un paradigma funcional, que, sobre la base de la información conformacional de las proteínas, explica el universo de las interacciones moleculares que estructuraron a los seres vivos -desde su origen y durante su evolución- en la Tierra. Así pues, en este paradigma se propone que la etapa prebiótica y pregenética podría caracterizarse por la coevolución de información conformacional de tres tipos de proteínas, en interacción con las ribozimas -formando ribonucleoproteínas- de la que surgiría el código genético: primero conformacional y luego secuencial. Este triunvirato proteico puede constituir el mecanismo general de adaptación al medio en el nivel supramolecular: las proteínas intrínsecamente desordenadas (IDPs) se moldearían funcionalmente por unión a nuevos ligandos; los chaperones participarían estabilizando y guardando la coherencia funcional de las estructuras proteicas resultantes, tanto las pregenéticas como las genéticas; y los conformones (priones funcionales) seleccionarían y propagarían, desde las etapas prebióticas, las nuevas conformaciones.
En este paradigma la función es prioritaria a la estructura; y, en este juego funcional integrador, las nuevas estructuras aparecen como resultado de la plasticidad estructural de las previas en su continua interacción funcional (necesidad) con las contingencias de un medio cambiante. Así, los niveles de información pregenética, genética y epigenética responderían a la acumulación de “cultura molecular” de las proteínas en su peripecia evolutiva, desde el origen de la vida. De esta manera, el código genético se hace funcionalmente, no se “acierta”.  

¿Cuál es la naturaleza esencial de la vida en la Tierra?
Con las evidentes diferencias entre procariotas y eucariotas, con brechas y misterios insalvables entre ellos, podríamos llegar a plantearnos la posibilidad de estar ante dos orígenes diferentes de la vida, proteocéntrico y genocéntrico, cada uno con una naturaleza esencial diferente. Vamos a intentar analizar este dilema desde cada uno de los dos paradigmas.
En el paradigma proteocéntrico, la primera célula tendría una naturaleza heterótrofa, esencialmente eucariota: sería básicamente un núcleo, con un metabolismo elemental prácticamente limitado a la producción de proteínas y ácidos nucleicos, y una fisiología centrada en el tránsito de información externa, de la membrana celular al núcleo -rutas de transducción de señales-, y de respuesta adaptativa interna, del núcleo a la membrana celular. En el inicio y en el final de ambas rutas informativas podría estar presente la triada formada por IDPs, chaperones y conformones. Además, este flujo de información, entre el primordio de célula eucariota (a la que denominamos protocariota) y el medio externo, iría reforzado por una continua y contingente producción de vesículas de exocitosis (cargadas, en principio al azar, de proteínas y ácidos nucleicos) que, sin propósito alguno, colonizarían el medio exterior, e interiorizarían y seleccionarían partes de su “metabolismo” mineral abiótico. Muchas de estas vesículas estarían abocadas a volver, por endocitosis, a las células protocariotas. De esta manera, se iría haciendo, lentamente y de forma exógena, el metabolismo energético. Así, en el paradigma proteocéntrico -con este continuo baile de exocitosis y endocitosis- se formarían tanto los eucariotas como todos los acariotas (entidades sin núcleo verdadero): las arqueas, las bacterias y los virus.
Como apoyo de esta hipótesis, en el análisis genómico comparado, las bacterias aparecen como las portadoras de los genes del metabolismo, las arqueas -más próximas a los eucariotas- portan genes del procesamiento y transmisión de la información genética (replicación, transcripción y traducción); mientras que los genes exclusivos de los eucariotas están implicados en la factoría del núcleo -spliceosoma incluido-, en la transducción de señales y en los mecanismos de exocitosis y endocitosis. Por otra parte, la creciente acumulación de conocimiento respecto a las vesículas extracelulares conocidas como exosomas también sustentan fuertemente esta hipótesis (nota 1).
Respecto a la esencia de la naturaleza eucariota, conviene subrayar la importancia funcional de las IDPs, ya que intervienen como reguladoras en procesos celulares clave, tales como transcripción, traducción, transducción de señales y ciclo celular; así como en muchos procesos de adaptación molecular. Así pues, es posible que la funcionalidad esencial de la célula eucariota -y no determinados procesos exóticos- precise del concurso de éstas y, también, de otras proteínas -como los chaperones y los conformones- ya que, estas dos últimas, poseen, también, tanto alguna región desestructurada como un potente núcleo hidrofóbico (core), que les proporciona estabilidad y capacidad de modificar a otras proteínas. Esta acción conjunta de los tres tipos de proteínas puede estar implicada en los principales procesos celulares y etapas biológicas, desde el origen de la vida, es decir: en la ontogenia, en la filogenia y en la fisiología celular. A este respecto conviene resaltar que tanto los priones-conformones como las IDPs son muy resistentes a factores fisicoquímicos (calor, ácidos, radiaciones UV) característicos de ambientes extremos, como los que pudieron darse en la etapa prebiótica del origen de la vida.
Por otra parte, las IDPs intervienen también en muchas funciones de evidente implicación epigenética: metilaciones, acetilaciones, glicosilaciones, fosforilaciones, factores de transcripción, regulación de la transcripción y traducción, histonas, aminoacil-ARNt sintetasas, ensamblaje de grandes complejos proteicos, ribosoma, citoesqueleto, etc. Los polipéptidos desestructurados actúan como chaperones y proteínas de choque térmico (HSPs), por ejemplo, en el estrés hidríco, y también forman parte de esta familia de proteínas, lo cual confirmaría la relación funcional ancestral de las HSPs-chaperones con las IDPS y priones-conformones; por lo que es probable que las HSPs-chaperones surgieran como una familia proteica con características funcionales y estructurales intermedias entre las otras dos.
Es probable que la evolución de las IDPs haya ido de polipéptidos cortos (pregenéticos) -que formarían asociaciones de miniestructuras cuaternarias- a polipéptidos más largos (con síntesis genética), con dominios de estructura variable en el espacio y en el tiempo; y siempre acompañados de conformones y chaperones. Con el código genético aparece la invariancia secuencial; y, con el spliceosoma, el baraje y la unión de dominios en polipéptidos más largos, lo que proporciona un aumento de la heterogeneidad funcional y estructural de las proteínas desordenadas. Gracias a la interacción de la plasticidad pregenética con el medio, y los “pespuntes” genéticos, se va haciendo la variabilidad de la evolución. Las mutaciones -como los virus- serían daños o beneficios colaterales, fruto de la contingencia.
Así, en el paradigma proteocéntrico -con este continuo baile de exocitosis y endocitosis- se formarían tanto los eucariotas como todos los acariotas (entidades sin núcleo definido): el resto de las arqueas, las bacterias y los virus (ver entrada de 2017).  En este sentido, resulta interesante el que las regiones desestructuradas (características de eucariotas) no tengan actividad enzimática. Entonces, ¿cómo pudo formarse la actividad enzimática específica, que precisa de estructuras proteicas más estructuradas? Las enzimas específicas pudieron originarse, en la etapa genética, aumentando paulatinamente la afinidad desde reconocimientos de ajuste inducido a mecanismos del tipo llave-cerradura. Además, en el interior de las vesículas de exocitosis, tanto el material genético como las proteínas resultantes -ambos producidos de forma contingente, y necesaria, por la maquinaria nuclear que ya había iniciado su andadura genética- pudieron seleccionarse, sin problemas de coherencia funcional, en su encuentro con el premetabolismo mineral exterior. Algunas de estas vesículas alcanzarían la vida libre como acariotas, y otras volverían por endocitosis a la célula protocariota, proporcionando, así, los nutrientes necesarios. En algunos casos, se podrían establecer relaciones de endosimbiosis, integrando, así, el metabolismo exógeno conquistado. Es muy probable que se estableciese una línea evolutiva de endosimbiosis que, en vez de tratarse de un hecho puntual, pudiese continuar en determinados ambientes. Así, el inicio del metabolismo energético eucariota sería por integración funcional, en una línea evolutiva de endosimbiosis sucesivas, desde un metabolismo acariota exógeno.
En este modelo proteocéntrico, iríamos desde la evolución prebiótica hasta el protocariota (con lo que LUCA y LECA serían la misma célula), del que saldrían tres ramas: una rama central, o tronco principal, que constituiría la continuidad eucariota (es interesante recordar que los eucariotas son monofiléticos); otra rama, que partiría próxima al protocariota, que se escindiría en los dos grandes filos de las arqueas; y múltiples ramas entrecruzadas propias de los múltiples filos bacterianos. Además, prácticamente, cada tipo celular coevolucionaría con sus correspondientes virus específicos.  
En el paradigma genocéntrico, la información genética y su variabilidad marcaría el paso de la evolución, desde un origen de la vida procariótico. No obstante, muchos investigadores afirman estar lejos de saber cómo eran las primeras células; cuantos más datos se acumulan más misterios aparecen, y más difícil es casar las piezas del rompecabezas del origen de la célula eucariota a partir de las procariotas. Los principales datos utilizados en este enfoque son de tipo genético, comparando genes de organismos actuales, obtenidos tanto de cultivos celulares como, de forma masiva, aplicando técnicas de análisis metagenómico. Pero algunos investigadores opinan que los datos obtenidos mediante este enfoque presentan ciertas limitaciones. Por una parte, los análisis ponen de manifiesto que, en las primeras etapas de la historia de la vida, diferentes grupos de genes cambiaron a distintas velocidades; produciéndose, en general, una evolución inicial acelerada, por lo que no podemos evaluar igual a unos grupos de genes que a otros. Por otra parte, el paradigma genocéntrico se enfrenta con otras controversias: ¿cuántos dominios presenta el árbol evolutivo, dos o tres? ¿Cómo es el proceso de eucariogénesis: gradual con algún suceso de endosimbiosis -como el origen de la mitocondria y el cloroplasto- o totalmente de endosimbiosis en serie? Como es bien sabido, la “Teoría de la endosimbiosis serial” fue propuesta por Lynn Margulis (1967), y, básicamente, dice que la célula eucariota se formó por la fusión de tres bacterias completas que aportarían, respectivamente: los microtúbulos del citoesqueleto, parcelas del metabolismo, y la mitocondria. La posterior endocitosis, por parte de alguna de estas células eucariotas, de una cianobacteria daría lugar a la célula eucariota vegetal. Por otra parte, investigadores como Carl Woese proponen tres grandes dominios celulares: dos procariotas -Archaea y Bacteria- y uno eucariota, Eukarya; además es partidario de un proceso clásico de evolución gradual, con sólo dos sucesos endosimbióticos, que darían lugar a la mitocondria y al cloroplasto, a partir de una alfaproteobacteria y una cianobacteria, respectivamente. Otros, como J. A. Lake, son partidarios de un árbol con dos dominios, Bacteria y Archaea, con los eucariotas formando una rama secundaria más de estos últimos.
Mediante análisis metagenómicos se ha visto que buena parte de los genes homólogos entre los eucariotas y las arqueas están dentro del super filum TACK (Taumarchaeota, Aigarchaeota, Crenarchaeota y Korarchaeota), incluyendo los genes de la actina, tubulina, sistema de la ubiquitina y una gran parte de genes de la maquinaria ribosómica. Los mayores parecidos entre eucariotas y el grupo TACK se encuentran al comparar las secuencias de los genes involucrados en la transcripción y la traducción: cuatro proteínas ribosomales, la subunidad RpoG de la ARN polimerasa, y el factor de elongación Elf1. En 2015, el grupo liderado por Thijs J. G. Ettema descubrió un nuevo filo de arqueas en las profundidades del Ártico; mediante análisis metagenómico se ha visto que está muy emparentado con el superfilo TACK, y -siguiendo la moda de poner nombre de dioses nórdicos a estos grupos de arqueas- le han denominado phylum Lokiarchaeota. Este grupo de arqueas es una rama monofilética que está muy relacionada con los eucariotas, por lo que se cree que provienen de un mismo ancestro común. En las arqueas de Loki se encontraron genes homólogos de otros genes eucariotas implicados en la forma de las células y en el procesamiento de las membranas: genes de la actina; genes de pequeñas GTPasas con función reguladora relacionados con la fagocitosis; un grupo de genes denominados ESCRT (Endosomal Sorting Complexes Required for Transport) implicados, en eucariotas, en la formación de vesículas y endosomas. Por otra parte, las Lokiarqueas presentan los ribosomas más parecidos a los eucariotas, de todos los grupos procariotas. Con estos datos, los investigadores suponen que la arquea ancestral -de Lokiarchaeota y eucariotas- tuviese algún esbozo de citoesqueleto, la posibilidad de desplegar la formación de vesículas de exocitosis y la capacidad de fagocitar. Esta célula ancestral podría ser perfectamente el protocariota propuesto.
Sin embargo, todos estos genes semejantes no se encuentran reunidos en un solo representante del grupo TACK, sino que están repartidos entre todos ellos. Este inquietante hecho ha recibido explicación, dentro del paradigma genocéntrico, como posibles procesos de pérdida de genes o de transferencia genética horizontal. En la hipótesis del protocariota formador de “semillas” acariotas, este hecho puede explicarse considerando que, inicialmente, tanto la reproducción del protocariota como la formación de vesículas (semillas) propuestas, son sucesos contingentes imperfectos, sin propósito, pero sometidos a selección natural. De esta manera podrían producirse grupos de arqueas, más o menos viables, que portaran genes eucariotas, provenientes del protocariota, pero sin la integración funcional que tenían en éste.
Por otra parte, los genes implicados en procesos de transcripción y traducción no se han visto tan frecuentemente afectados, por procesos de herencia genética horizontal, como los genes del metabolismo. Este hecho, y su explicación, puede ser complementaria de la anterior. Las arqueas provenientes del protocariota ancestral que fuesen formas de reproducción imperfectas, pero viables, escaparían pronto del baile de exocitosis y endocitosis con él; por lo que sus genes habrían llegado más bien por herencia vertical. Sin embargo, los genes del metabolismo son bacterianos, y están sometidos a un gran trasiego de herencia genética horizontal por el baile continuo de exocitosis y endocitosis de los ancestros bacterianos, ya que provendrían de vesículas (semillas) más imperfectas (con menos carga de proteínas y genes, y menor viabilidad), y que, por lo tanto, estarían abocadas a volver a contactar con receptores complementarios del[AOS1]  protocariota. De esta manera, paulatinamente, se iría haciendo el metabolismo eucariota, a partir de los metabolismos exógenos conquistados por las protobacterias. Para la hipótesis de los tres dominios, la aparición de los eucariotas ocurrió muy pronto; y, por ello, sitúa el dominio Eukarya muy próximo al Archaea. Esta proximidad concuerda con la hipótesis del protocariota, pero, en esta última hipótesis, las arqueas proceden de los protocariotas y no al revés. Como ya dijimos anteriormente, en la hipótesis de los dos dominios los eucariotas quedan reducidos a una rama lateral de Archaea, próxima al superphylum TACK.
Otro problema importante por resolver, en este marco teórico, es el relativo a la naturaleza de las membranas de bacterias, arqueas y eucariotas. Las bacterias y los eucariotas presentan enlaces éster en los fosfolípidos de sus membranas, mientras que las arqueas presentan enlaces éter. Dentro del paradigma genocéntrico procariota, se abren dos alternativas para la eucariogénesis mediante fusión de una arquea y una bacteria: que una bacteria fuera la célula hospedadora, y una arquea el endosimbionte hospedado; o que, por el contrario, el hospedador fuera una arquea, y el endosimbionte una bacteria. Dado que la célula eucariota presenta fosfolípidos con enlaces éster, como la bacterias, en el segundo caso sería más difícil explicar el cambio de membrana celular arquea, de enlaces éter, a enlaces éster. De nuevo, creo que la posible explicación desde la hipótesis del protocariota es más fácil: las vesículas de exocitosis serían como las de las células eucariotas y bacterianas, y, en una etapa muy temprana, las primeras arqueas de vida libre -seguramente por adaptación a ambientes hipertermales- pudieron adaptarse al modificarse los enlaces éster a éter. Esta explicación debe ir acompañada de una consideración. En el modelo genocéntrico, está generalmente admitido que la célula eucariota -producida por uno o más sucesos de endosimbiosis entre procariotas- presenta genes relacionados con arqueas y bacterias, y se piensa que proceden de ellos. Se admite, igualmente, que las arqueas aportarían, fundamentalmente, los genes relacionados con la información genética (replicación, transcripción y traducción), y algunos superfilos como TACK aportarían algunos grupos de genes confusamente dispersos; por su parte, las bacterias aportarían los genes del metabolismo, como ya vimos anteriormente. En la hipótesis del protocariota, esto supondría que las arqueas se habrían formado, tempranamente, como resultado de ensayos imperfectos de las primeras divisiones celulares del protocariota, portando constelaciones muy diversas de genes; la selección natural daría pronto cuenta de dos grandes filos de arqueas independientes y con el sello de origen genético eucariótico. Seguramente, las arqueas participarían menos que las bacterias en el baile de endocitosis con posibilidades simbióticas; serían más bien fagocitosis nutricionales. Las bacterias, probablemente menos independientes inicialmente, sí experimentarían procesos de fagocitosis con más posibilidades de endosimbiosis en serie. Colonizarían todos los medios que presentasen un metabolismo mineral previo, y los protocariotas irían incorporándolo paulatinamente a su organismo, según fuera sometido a selección natural; un paso fundamental consistiría en la incorporación del metabolismo oxidativo, mediante endosimbiosis, de la bacteria precursora de la mitocondria. Además de la eficiencia energética, con esta endosimbiosis, los nacientes eucariotas comenzarían a paliar los efectos tóxicos del oxígeno atmosférico. En consonancia, con todo esto, está el hecho de que un grupo de investigadores ha encontrado que las proteínas más antiguas de los eucariotas son las que, como ya hemos visto, guardan relación con las arqueas; mientras que las de edad mediana son de origen bacteriano, pero procedentes de muy distintos grupos de bacterias, no de uno sólo. Les llama la atención que estas proteínas estén presentes en los sistemas de membranas intracelulares del retículo endoplásmico y del aparato de Golgi, lo que plantea la pregunta ¿de qué bacteria, portadora de estos sistemas membranosos, salieron los genes que fueron a parar a los eucariotas? De nuevo, el misterio encuentra una respuesta más fácil en la hipótesis del protocariota, ya que, con este sistema de endomembranas se hace el sistema vesicular de exocitosis y endocitosis con el que se produciría el continuo baile, de ida y vuelta, de las “semillas” acariotas: bacterias y virus, fundamentalmente. Así pues, estos sistemas membranosos no saldrían de ninguna bacteria, desconocida y especial, sino que saldrían del protocariota para formar todas las bacterias: exocitosis de vesículas tipo exosomas, y posterior vuelta, vía endocitosis, portando parcelas del metabolismo mineral exterior.
En cualquier caso, tanto la hipótesis de los dos dominios -con una arquea del superfilo TACK, o similar, como hospedadora de una bacteria- como la hipótesis de los tres dominios, donde sería una bacteria la hospedadora; lo que sigue siendo muy difícil de explicar es la presencia en eucariotas, como esencia del grupo, de 347 genes exclusivos que no están organizados funcionalmente en ningún procariota. El salto no puede ser más abismal, pero, como ya vimos, la hipótesis del protocariota -dentro del paradigma proteocéntrico del origen de la vida- sí puede dar cuenta de estos genes eucariotas, y de su relativa presencia en los acariotas. Con las últimas investigaciones se ha reforzado este estado de la cuestión. Lo ya visto en el super filo TACK, y la hipótesis de los dos dominios, se ha ampliado, mediante análisis metagenómicos, a otros filos: las arqueas de Loki, ya visto, y al superfilo de las arqueas de Asgard (Loki, Thor, Odín y Heindall), con genes similares a los eucariotas que intervienen en el transporte, la transmisión de señales, la degradación de las proteínas y el citoesqueleto (tubulina); pero, de nuevo, las secuencias descubiertas no constituyen el plano de un complejo citoesquelético eucariota completo. La distribución de los genes eucariotas resulta desigual en el superphylum de Asgard. Ningún grupo de arqueas parece poseer el juego completo. Los investigadores llegan a pensar que el pequeño tamaño de las células procariotas puede hacer innecesarios estos mecanismos de tráfico intracelular.
En enero de 2020, un grupo de científicos japoneses han logrado aislar y cultivar arqueas del superphylum Asgard. El éxito ha sido posible gracias a que dejaron crecer estas arqueas con otros organismos del ambiente, lo que indica posibles procesos de simbiosis entre ellas. Esto concuerda, con lo visto hasta ahora, de grupos de arqueas -próximas al superphylum TACK, como Loki y Asgard- con dotaciones genéticas incompletas de genes eucariotas, algunos en apariencia innecesarios. Curiosamente, las arqueas de Asgard aisladas se alimentaban de aminoácidos. Los datos de este trabajo, también cuadran con la hipótesis del protocariota, dentro del paradigma proteocéntrico, que situaría a estos grupos de arqueas, próximos al protocariota, como células imperfectas empujadas a la simbiosis.
En 2015, se publicó el último árbol de la vida, bastante ampliado, ya que incluye a los microorganismos no cultivables, identificados genéticamente mediante técnicas metagenómicas. Así, se ha construido un nuevo árbol de la vida sobre 2000 genomas completos obtenidos de bases de datos públicas, más 1011 genomas nuevos reorganizados a partir de secuencias obtenidas en diferentes ambientes. Con todos estos genomas se compararon las secuencias del ADN correspondiente a 16 proteínas ribosomales, y se obtuvo un árbol con 92 phyla en el dominio Bacteria, 26 phyla en el Archaea y sólo cinco supergrupos en el dominio Eukarya. En este árbol se aprecia que Bacteria es el dominio con más diversidad genética. Archaea es menos abundante y diverso que Bacteria. Los autores de este árbol interpretan que la mucha menor biodiversidad genética de Eukarya se debe a su más reciente evolución.
Como ya expuse anteriormente, creo que hay dos grandes naturalezas esenciales de la vida coexistiendo en los seres vivos:
·       Por un lado, tendríamos una naturaleza -prioritaria en el origen y en la evolución de la vida en la Tierra- claramente proteocéntrica y epigenética, que se materializa en los eucariotas. Éstos provendrían, por línea directa, del protocariota ancestral; identificado, a la vez, como LUCA y LECA.
·       Por otro lado, la segunda naturaleza sería la de las “semillas acariotas”: arqueas, bacterias y virus; las dos últimas son manifiestamente genéticas. Las arqueas tendrían su origen en un punto intermedio entre formas de reproducción imperfecta y semillas.
Es lógico que, como necesidad imperativa, y sin propósito alguno, se fueran produciendo vesículas de distintos tamaños, y con más o menos carga proteica y genética; así se irían afinando paulatinamente las formas reproductivas. El hecho de que, también sin propósito alguno, muchas vesículas presentasen proteínas con complementariedad geométrica o de cargas con las de la membrana protocariota, facilitaría necesariamente la endocitosis de las vesículas. De esta forma, muchas vesículas serían capaces con los recursos moleculares disponibles, de tomar nutrientes del entorno, crecer y multiplicarse. Así, de esta auténtica siembra acariota, las bacterias serían las menos perfeccionadas, y, por lo tanto, las más proclives a acercarse de nuevo al protocariota; y, así, podrían ser fagocitadas por él, o establecer algún tipo de simbiosis con los protocariotas, con otros tipos celulares o con células incompletas. No obstante, paulatinamente, muchas vesículas se irían haciendo bacterias de vida libre, que irían colonizando medioambientes muy diversos, haciendo, poco a poco, el metabolismo energético con los mecanismos genéticos disponibles. Este planteamiento es compatible con la idea de que los eucariotas evolucionaron como quimeras por la vía de fusiones endosimbióticas en las que participarían tanto bacterias como arqueas. En este sentido, se puede explicar la aparición en el nuevo árbol de un gran número de linajes sin ningún representante aislado, esto es, no cultivados. La mayoría de estos se agrupan en una misma región del árbol, denominada CPR (Candidate Phyla Radiation). Los géneros de este nuevo grupo CPR son todos portadores de genomas pequeños, la mayoría con capacidades metabólicas restringidas, no tienen ciclo de Krebs, ni cadena respiratoria; además, presentan problemas para la síntesis de nucleótidos y aminoácidos, por lo que muchos son simbiontes. Los autores se plantean si esto es debido a una pérdida progresiva de capacidades o si, por el contrario, son características genéticas heredadas de una forma ancestral de vida muy simple. De nuevo, pienso que son una prueba más de las “semillas” acariotas imperfectas, en la hipótesis del protocariota propuesta.

Los virus como semillas celulares con función de agentes genéticos móviles
Los virus -desde su posible origen, no finalista, como semillas de la célula protocariota, y su posterior papel como agentes genéticos móviles- tienen tendencia a ser específicos del tipo celular que los produce, y a coevolucionar con él; pero, también sin propósito alguno, pueden interaccionar de forma cruzada con otros tipos celulares.
El hecho de que los virus sean polifiléticos -con un origen diferente para cada familia, y sin compartir genes entre ellas- apoyaría la hipótesis del protocarionte formador de semillas: cada virus coevolucionaría con su célula.
Es muy probable que la selección natural fuese estableciendo sistemas de coevolucionabilidad celular basados en las interacciones proteicas específicas y en el consiguiente intercambio de material genético. Al menos con cierta frecuencia, estos sistemas cooperativos -cooperación sin propósito alguno, de forma involuntaria, sólo favorecida por la selección natural- podrían incluir algún eucariota, algún acariota celular y los virus correspondientes de todos ellos. En este sentido, parece que se exaltaría la interacción entre virus y protocariotas en algunos ambientes extremos.
Con estas premisas, es probable que primero apareciera el sistema protocariota-virus ARN, primer ácido nucleico y primera célula (que derivarían directamente de la relación inicial entre proteínas y ARN, heredada del proceso de splicing). Con la conquista del ADN, probablemente le seguirían los sistemas: protocariota-virus ADN-arqueas, y protocariota-virus ADN-bacterias.   
Existen relaciones evolutivas entre los virus y otros elementos genéticos móviles: viroides, transposones, ARNs satélites y plásmidos; pero, seguramente por su mayor simplicidad, todos estos agentes sean posteriores a la aparición de las células protocariotas entorno al splicing y el resto de la factoría del núcleo: gobierno proteico del ARN -con la selección de módulos proteicos- y los mecanismos de replicación, transcripción y traducción (con ARNt, ribosomas y aminoacil-ARNt sintetasas).
En coherencia con lo expuesto hasta ahora, las similitudes estructurales entre proteínas, con secuencias diferentes, de las cápsidas de varias familias víricas; se pueden deber a procesos de divergencia (más que de convergencia) evolutiva: se parte de los mismos módulos proteicos básicos, pero –como ocurre con todas las proteínas- con una deriva secuencial conservadora de la estructura.
Durante el ciclo de infección vírica, se suele producir un significativo aumento de variabilidad genética y de capacidad adaptativa, mucho mayor en los virus ARN. 

¿Lucha por la existencia o cooperación en la evolución?
Con cierta frecuencia nos encontramos, en varios dominios de la biología, con asociaciones de ideas que siempre me han parecido faltas de rigor científico. Una de las más frecuentes tiene que ver con la utilización de la figura de Darwin y del darwinismo en general como apoyo de ideologías políticas y económicas, como el nazismo y el liberalismo. Este uso espurio -y obviamente peligroso- de la teoría darwiniana, ha calado también entre algunos científicos, en mayor o menor medida, llegando, por una parte, a presentar al darwinismo -sobre todo al neodarwinismo de la teoría sintética- como producto y sustento del liberalismo; y, por otra, al neolamarckismo como estandarte del socialismo. La realidad es que los que así piensan, tratan con poco rigor las obras de Lamarck y de Darwin.
Para empezar, aunque no es el tema que quiero tratar aquí, la esencia de la teoría sintética neodarwinista tiene fuertes desencuentros con la esencia de la teoría de Darwin. Por otra parte, en El origen de las especies por medio de la selección natural, Darwin subraya qué entiende por lucha por la existencia: “utilizo el término lucha por la existencia en el sentido general y metafórico, lo cual implica las relaciones mutuas de dependencia de los seres orgánicos y, lo que es todavía más importante, no sólo la vida del individuo, sino su aptitud y éxito en dejar descendencia”. Además, para Darwin la evolución es el resultado, sin propósito ni dirección, del encuentro casual de necesidades ciegas. Así, la selección natural no es un mecanismo, es el resultado sumario, la acumulación, en cada momento, de las variantes afortunadas con la supervivencia; independientemente de cómo se hayan producido esas manifestaciones variables de la materia viva.
Por otro lado, los humanos somos los únicos animales con capacidad para pensar, para hacer un proyecto, para plantearse una meta. Sin embargo, en estos tiempos aciagos, con la pandemia del coronavirus que ha originado la Covid-19, y con otras muchas otras amenazas pendiendo sobre nuestras cabezas, nos encontramos a científicos y políticos hablando del virus como si fuera una mente maligna que decide estrategias de propagación, enfermedad y muerte; estrategias malvadas, a las que tenemos que responder militarmente porque estamos en guerra contra el virus. Se puede justificar este tratamiento con explicaciones del tipo: “es una manera de hablar”; “así la gente lo entiende mejor”; pero yo creo que siempre es mejor explicar las cosas como son en realidad, ya que, si se explican bien, la gente lo entenderá; porque, quizá, son algunos de los científicos y políticos, que así hablan, quienes no lo entienden bien. El hecho cierto es que “la guerra” debíamos declararla contra nuestra organización -o mejor desorganización- social y económica: la pandemia ha sido fruto de ella. No es este el lugar de entrar en el tema, y, además, mucha gente lo ha tratado ya.
Vuelvo, pues, al discurso de partida: la naturaleza humana y su organización social, económica y política no pueden servir para explicar el resto de la naturaleza, y viceversa. La diferencia fundamental es que nosotros tenemos, para bien o para mal, propósitos, finalidades, y capacidad para corregirlos; el resto de la naturaleza no, aunque, eso sí, mantenga una gran coherencia -que los científicos deben intentar desentrañar- entre la necesidad reglada de los fenómenos y la contingencia histórica de los sucesos.
Así pues, nuestra necesidad social de cooperación, solidaridad y generosidad no puede servir para extrapolarla al entendimiento del origen, naturaleza y evolución de los seres vivos. Hay que mirar a la naturaleza libre de prejuicios políticos: no podemos contraponer, de forma excluyente, relaciones y comportamientos que observamos en la naturaleza, como, por ejemplo, lucha y cooperación. Algunos investigadores, contraponen simbiosis a selección natural. La simbiosis es un tipo de relación, entre individuos de diferentes especies, que supone una discontinuidad, un salto entre las dos previas y el nuevo individuo resultante. Se contraponen aquí el gradualismo -que se atribuye gratuitamente a la selección natural- con el saltacionismo de la simbiosis. Esto tiene un interés especial en procesos tan importantes como el origen de la célula eucariota mediante simbiosis. Aunque resulta difícil de evitar, debemos tener cuidado con la cantidad de detalles que añadimos al elaborar una teoría interpretativa de un hecho. Aún más, el simple enunciado de un hecho ya puede venir preñado de interpretación. Así pues, en el caso del origen de la célula eucariota, ha podido ocurrir que se haya producido una evolución gradual del ancestro común, hasta el eucariota, con un momento puntual de endosimbiosis; o, también, una evolución, más gradual que la anterior, por endosimbiosis seriada; o una mezcla de las dos. Así, los contrarios en este proceso de eucariogénesis pueden ir de la mano; y, además, no tratarse sólo de simbiogénesis vs gradualismo neodarwinista; también juegan aquí los opuestos lucha vs cooperación.
Algunos biólogos piensan que ciertos mecanismos generadores de variabilidad -como la endosimbiosis, la hibridación y la transferencia genética horizontal- unen las ramas del árbol de la vida, a diferencia de la selección natural que las diversifica y separa. Más bien, la selección natural debe ser entendida como el resultado, en cada instante, de la dialéctica material ser vivo-medio; esto es, el estado dinámico, momento a momento, de la estructura material de la naturaleza viva, coseleccionada en su constante interacción.
En resumen, pienso que no hay que ver estos opuestos como entes que se excluyen como regidores principales de la evolución biológica. No todo es lucha y selección, o cooperación y combinación; los opuestos están en las interacciones necesarias y contingentes, como resultado dinámico de estas interacciones; esto es, como información biológica recogida en la función y en la estructura resultantes. Los opuestos se manifiestan en el tejido material de la realidad, en constante interacción entre la necesidad o causalidad de los fenómenos y la contingencia o casualidad de los sucesos. Es de estas interacciones materiales, sin propósito, -y no de ninguna idea regidora- de donde surgen los opuestos o contrarios. Así, en un determinado momento de la evolución prebiótica, de las interacciones entre proteínas y ARN, van surgiendo protofunciones y protoestructuras de las que, mediante selección natural, irán surgiendo la relación de código genético y estructuras como el ribosoma, entre otras. Igual ocurre con la función de corte y empalme del ARNm y el spliceosoma. Igualmente, según las circunstancias ambientales, un evento de endocitosis, puede ser fijado, por selección natural, como fagocitosis o como endosimbiosis; según hemos visto que sucedió muchas veces en el proceso de origen de la célula eucariota con las adquisiciones de la mitocondria y el cloroplasto.
Vemos que, en determinadas circunstancias, las incesantes interacciones entre estructuras biológicas -en principio sin propósito alguno, pero guardando la coherencia funcional de lo ya tejido y seleccionado por la evolución-, pueden dar lugar a una, a nuestros ojos, aparente relación de lucha o de simbiosis.

(Nota 1) LOS EXOSOMAS COMO VESÍCULAS DE EVOLUCIONABILIDAD PROTOCARIOTA.

En una entrada anterior (2017) –Origen de la vida y origen de la célula eucariota- propuse la hipótesis del protocarionte o protocariota, como la primera célula en el origen de la vida. Esta célula primitiva tendría las características básicas de los eucariotas –correspondientes a 347 genes exclusivos de ellos, relacionados con la endocitosis, el sistema de transducción de señales y la síntesis de proteínas en el núcleo- y un particular sistema de evolucionabilidad.

Sin entrar aquí en muchos detalles (ver entrada citada) el propósito de esta nota es la posible relación de los exosomas –por su universalidad, filogénica y funcional, en la comunicación intercelular- con las vesículas o semillas de evolucionabilidad: arqueas, bacterias y virus. Entre las principales ventajas de estas vesículas de evolucionabilidad (el término semillas sólo es para dar fuerza expresiva a la idea de siembra de vesículas acariotas) estaría la exaltación de mecanismos de herencia horizontal, que propiciaran una evolución exógena al protocarionte, como la evolución exógena del metabolismo energético, a cargo de algunas de estas vesículas que devendrían en bacterias. Las vesículas que, al azar, portasen un equipamiento enzimático primitivo, fundamental para realizar un metabolismo básico, podrían ir colonizando ambientes diversos, y ser fagocitados por el protocariota.
Así pues, el metabolismo se desarrollaría desde las vesículas acariotas (bacterias), expulsadas y, posteriormente, endocitadas, de forma sucesiva, por las protocariotas. Sería un metabolismo externo al protocariota y realizado en el acariota con las proteínas y genes que, al menos inicialmente, le proporcionara el protocariota. La externalización tendría como ventaja inicial la selección exterior, en ambientes muy diversos, de las adaptaciones más ventajosas, y que esto fuese más fácil que el desarrollo interno de un complejo sistema de integración de módulos en el protocariota.  
Los eucariotas se formarían mediante el baile continuo de interacciones entre protocariotas y acariotas: los precursores protocariotas más eficaces serían los que comenzaran una actividad fagocítica cada vez más específica, de la que dependería su nutrición, ya que la sopa primigenia se iría esquilmando. Es probable que la aparición del oxígeno -tras la fotosíntesis oxigénica- y su toxicidad para los protocariotas, promoviera en éstos el paso de la fagocitosis a la endosimbiosis, fundamentalmente para aprovechar los sistemas enzimáticos de adaptación al 02, de las bacterias precursoras de las mitocondrias.
Inicialmente, al menos, todas las proteínas con especificidad complementaria, tanto las de las membranas protocariotas como las de las membranas acariotas, procederían de los protocariotas.
Así, durante este largo periodo, la selección natural favorecería las variaciones de los protocariotas que lograran:
1)      Producir exomódulos acariotas, englobados en vesículas exosómicas, con un metabolismo cada vez más eficaz que interiorizara los metabolitos ambientales más apropiados y los transformara convenientemente. Esto constituiría una especie de cultivo celular acariota.
2)      Expulsar –por exocitosis y gemación- y, posteriormente, endocitar, de forma continua, las vesículas y exomódulos con especificidad creciente, y seleccionarlos por su eficacia metabólica, desarrollando así un sistema interno de transducción de señales. Este proceso culminaría con la adquisición de mitocondrias y la consiguiente formación de la célula eucariota. 
3)      Desarrollar los mecanismos genéticos que exaltasen la variabilidad y especificidad: virus, elementos genéticos móviles y otros mecanismos de herencia genética horizontal. 
Así, paulatinamente, se produciría el origen único de la célula eucariota (origen monofilético), con la posterior selección e incorporación de las vesículas y exomódulos acariotas más eficaces -ya que los protocariotas constituirían el único vórtice de esta selección- y, al mismo tiempo, una auténtica explosión de diversidad acariota: arqueas, bacterias y virus. 


BIBLIOGRAFÍA
·       Darwin, C. El origen de las especies. Ed. Bruguera. Barcelona (1980).
·       Ogayar, A. Presentación antigénica y puzle conformacional. Una hipótesis (I y II). Inmunología (1991) Vol. 10, nº 1, 19-23; y nº 3, 97-103.
·       Ogayar, A., Sánchez-Pérez, M. Prions: an evolutionary perspective. International Microbiology (1998) vol. 1, nº 3, 183-190.
·       Imachi, H. et al. Isolation of an archaeon at the prokaryote-eukaryote interface. Nature (2020). Published online: 15 January 2020. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1916-6
·       Zaremba-Niedzwiedzka, K. et al. Asgard archaea iluminate the origin of eukaryotic cellular complexity. Nature (2017). Published online: 11 January 2017.   doi:10.1038/nature21031
·       Orígenes de la vida. Temas Investigación y Ciencia, Nº 96, abril/junio 2019:
o   Szostak, Jack W. ¿Cómo nació la vida?
o   Ricardo, Alonso y Szostak, Jack W. El origen de la vida.
o   Trefil, James; Morowitz, Harold J. y Smith, Eric; El origen de la vida.
o   Gabaldón Toni; El origen de las células.
o   McInerney, James O. y O’Connell, Mary J. Nuevos datos sobre el origen de la célula eucariota.









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