10/Sep/04

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La lucha entre burbujas puede haber iniciado la evolución

Investigadores del Instituto Médico Howard Hughes proponen que la primera batalla por la supervivencia del más apto se puede haber librado en la forma de un simple duelo físico entre burbujas de material graso rellenas de material genético.

Los científicos sugieren que tal material genético podría haber sido todo lo que las burbujas necesitaban para replicarse más rápidamente, aventajando así a sus competidores y evolucionar a un tipo de células más sofisticadas.

Esta posibilidad, que ha sido revelada por experimentos de laboratorio con bolsas de ácidos grasos, está en marcado contraste con la teoría actual de la precoz evolución de las células, la cual sugiere que tal evolución celular fue impulsada por una organización genética primordial que activamente sintetizó membranas celulares, o que influenció la estabilidad celular o su división.

Los investigadores, liderados por Jack W. Szostak, del Instituto Médico Howard Hughes, publicaron sus descubrimientos en el número del 3 de Septiembre de este año de la revista Science.

Szostak y la autora inicial, Irene Chen, ambos del Hospital General de Massachussets y de la Escuela Médica de Hardvard, colaboraron en los estudios con Richard Roberts del Instituto Tecnológico de California (CALTECH).

Las células básicamente son bolsas encerradas por membranas dobles de ácidos grasos y otros lípidos más proteínas. Una pregunta central sobre evolución es cómo fue que pudieron originarse versiones simples de este tipo de células, llamadas vesículas, para que luego pudiera comenzar el proceso de competición que condujo a la evolución de la vida.

"La mayor parte de las opiniones anteriores sobre como se engendraron las células y sobre como evolucionaron están basadas en la idea de una evolución inicial de ARN (ácido ribonucleico) estructural, o ribozimas, que son enzimas que pueden sintetizar las moléculas membranales", dijo Szostak.

"Las ribozimas pueden haber producido más material membranal mientras que el ARN estructural puede haber formado un citoesqueleto que luego influenció sobre la estabilidad, la forma, el crecimiento o la división celular", continuó.

Sin embargo, Szostak y sus colegas han teorizado que un proceso físico mucho más simple podría explicar por qué las células habrían competido unas con otras por los materiales necesarios para expandir su tamaño.

"Hemos propuesto que el material genético podría provocar el crecimiento de las células por el sólo hecho de estar presente", decía.

"Debido a que el ARN ejerce una presión osmótica sobre el interior de las membranas de las pequeñas vesículas, se provoca la aparición de una tensión sobre la membrana, la cual trata expandirla. Lo que hemos propuesto es que las vesículas pueden lograr expandirse mediante la transferencia espontánea de material desde otras vesículas adyacentes que tengan menor presión interna, a causa de que tienen menor material genético en su interior".

A fin de probar su teoría, los investigadores inicialmente construyeron un modelo simple de "protocélulas", en el que injertaron algunas vesículas de ácidos grasos con sacarosa, y otras con el mismo solvente pero sin la sacarosa.

La solución de sacarosa hizo que existiera una mayor presión osmótica en el interior de tales vesículas con respecto a las que no la tenían.

"Las membranas de estas vesículas simples no son tan complicadas como las de las células vivas de hoy", dice Szostak.

"Sin embargo, se parecen mucho a los tipos de vesículas primordiales que pueden haber existido en los albores de la evolución".

Cuando los investigadores mezclaron los dos tipos de vesículas, observaron que las que tenían sacarosa (las que poseían una mayor tensión en las membranas) de hecho pudieron crecer, para ello absorbiendo material de las que no tenían sacarosa.

"Una vez que tuvimos en claro que en cierta forma tal proceso funcionaba, quisimos pasar a versiones más interesantes, para lo que introdujimos en las vesículas material genético", sigue Szostak.

Así, los investigadores condujeron las mismas pruebas de competición pero esta vez utilizando vesículas cargadas con los bloques moleculares básicos del material genético, llamados nucleótidos.

En el siguiente paso, utilizaron segmentos de ARN, y finalmente una gran molécula de ARN natural. En todos los casos, observaron que las vesículas rellenas con el material genético pudieron crecer, mientras que aquellas que no tenían tal material iban encogiéndose.

"Es importante resaltar", dice Szostak, "que las concentraciones de material genético que hemos utilizado fueron comparables a las encontradas en las células vivas".

"Contrastando con la idea previa, según la cual la competición Darwiniana a nivel celular tenía que esperar hasta la evolución de las ribozimas sintetizadoras de lípidos, o al ARN estructural, nuestros resultados muestran que sólo es necesario que exista el ARN capaz de duplicarse", dijo Szostak.

"Las células que poseyeran el ARN que mejor se duplicaba, por lo que terminaban con más ARN en su interior, crecerían más rápido. Por eso, existe una relación directa entre lo bien que se replica el ARN y lo rápido que una célula puede crecer. Y tal mecanismo está sólo basado en un principio físico por lo que hubiera emergido espontáneamente", decía.

De acuerdo con Szostak, el próximo paso en la investigación va a depender de otro importante experimento, actualmente en curso en su laboratorio, para crear moléculas de ARN artificiales capaces de reproducirse.

"Si pudiéramos tener ARN auto-replicable, podríamos luego colocarlo en estas vesículas y luego esperar a que realmente podamos ver en vivo este proceso competitivo de crecimiento que estamos infiriendo" concluye.