Lo que la biología molecular ha descuidado en la evolución

Doy mis disculpas por el subtítulo de este ensayo a la banda REM, aunque es una especie de ellos dar su nombre a una etapa tan importante de sueño.

El biólogo molecular español Víctor de Lorenzo (2014, en la revista Bioessays ) ha argumentado que el dogma central de la biología molecular, "el ADN hace que el ARN produzca proteína" (p 226) ignora la importancia del "metabolismo egoísta". Esta es su hipótesis que el principal impulso evolutivo de los organismos que contienen ADN no es la replicación y la expansión de su ADN en su entorno, sino la exploración y explotación de sus paisajes químicos. La ubicación y posterior explotación de sustancias químicas que mejoran el metabolismo ayuda a asegurar la mejora de sus procesos metabólicos, lo que posteriormente ayuda a asegurar su replicación y la ampliación de su ADN en el conjunto de genes.

Sin embargo, surge una paradoja: el enfoque de la biología molecular sobre el ADN parece tener un defecto, al menos desde una perspectiva evolutiva. El ADN puede considerarse una versión modificada de dos cadenas de ARN, ya que es poco probable que el ARN y el ADN evolucionen por separado. Por lo tanto, el ARN debe haber precedido al ADN en el tiempo evolutivo. La última idea se conoce como la Hipótesis del Mundo ARN, es decir, en las células primordiales, conocidas como procariotas, solo el ARN almacenaba información genética y catalizaba sus reacciones químicas. Curiosamente, la evidencia fósil parece mostrar que los procariotas aparecieron hace unos 3.900 millones de años. Además, es interesante la noción de que el ARN ha persistido, por lo que la idea de que pueda compararse con los "fósiles" de los orígenes de la vida es intrigante. También creo que la aparición de la idea de los procariotas es provocativa ya que la Tierra en sí misma tiene solo 4.567 millones de años. Por lo tanto, las células increíblemente complejas, con paredes celulares que rodean el citoplasma, ARN, receptores químicos y receptores mecánicos (para detectar obstáculos) y flagelos que guiaban los movimientos hacia y lejos de los productos químicos ya estaban en su lugar solo medio billón de años (más o menos ¡después de que se formó la tierra! Aunque un medio billón de años puede parecer mucho tiempo, no se le puede dar la historia multimillonaria del planeta. Entonces, ¿cómo sucedió toda esa evolución en un período tan corto de tiempo? Una idea altamente provocadora es que los procariotas no evolucionaron … en la tierra. Es decir, provenían de un cometa o un meteorito. Por supuesto, eso todavía lleva a la pregunta de cómo se desarrollaron estas complejas formas de vida y quedaron atrapadas en un cometa o un meteorito y cuáles fueron las condiciones iniciales para su evolución donde sea que evolucionaran.

Pero volvamos a la hipótesis del mundo del ARN: se sabe que el ARN consta de solo cuatro nucleótidos, adenina (A), uracilo (U), citosina (C), guanina (G) [nota: en el ADN, el uracilo se convierte en timina (T), a través de un proceso de metilación]. Sin embargo, el ARN no brotó, completamente desarrollado, con solo estos cuatro nucleótidos, ¡como Athena en la frente de Zeus!

Parece que incluso las hipotesis de RNA World tienden a pasar por alto que debe haber existido un entorno previo al RNA que consiste en los productos quimicos necesarios para formar varios nucleotidos. Además, estas afinidades y disaffinities de productos químicos y moléculas se deben haber basado en enlaces químicos-atómicos aún más básicos. Por lo tanto, las moléculas autoensamblantes originales que formaron pre-nucleótidos, y los cuatro nucleótidos finales que crearon las primeras cadenas de ARN ya estaban limitadas por las predilecciones químico-atómicas iniciales.

Aquí surge otra pregunta importante: ¿estaban estas predilecciones iniciales sujetas a la selección natural darwiniana? Si el aprendizaje no asociativo, que consiste en habituación y sensibilización, es evolutivamente más antiguo que el aprendizaje asociativo (condicionamiento clásico y operante), ¿el aprendizaje no asociativo fue la base para la exploración y explotación de los paisajes químicos primordiales?

Aunque de Lorenzo centró su atención principal en el ADN, presumiblemente su hipótesis del metabolismo egoísta fue aplicable a los precursores de nucleótidos químicos y formas de nucleótidos que no formaron los "cuatro finales" que llegaron a definir el ARN. Puede suponerse que estas otras formas de nucleótidos y otras moléculas complejas en el mundo previo al ARN no pudieron perpetuarse ni expandirse porque no pudieron explorar y explotar sus paisajes químicos, así como los cuatro nucleótidos finales. Por lo tanto, desde una perspectiva evolutiva, el dogma central de la biología molecular (ADN codifica ARN, ARN codifica proteínas) parece pasar por alto que 1) el ARN debe haber precedido al ADN, 2) los precursores moleculares de los nucleótidos se basaron en afinidades y disafinidades químicas y atómicas , 3) debe haber habido otros nucleótidos antes y durante la composición de los cuatro últimos, 4) la capacidad de explorar y explotar nuevos paisajes químicos fue un factor determinante en toda su evolución, y 5) esta exploración de paisajes químicos puede han estado sujetos a la selección natural darwiniana y pueden haber sido conducidos por los dos tipos de aprendizaje no asociativo, es decir, habituación y sensibilización (o prototipos químico-atómicos de estas formas de aprendizaje). Por lo tanto, puede haber sido fundamental en la exploración de una molécula de nuevos paisajes químicos ignorar estímulos irrelevantes (habituación) y ser sensible a estímulos relevantes (sensibilización).

El profesor Frederick L. Coolidge es codirector del Centro de Arqueología Cognitiva de la Universidad de Colorado, Colorado Springs. El Centro ofrece cursos y certificados en línea en Arqueología Cognitiva. Póngase en contacto con fcoolidg@uccs.edu.

Related of "Lo que la biología molecular ha descuidado en la evolución"