Por Leslie Mullen
¿Porqué deberían reinar supremas las particulares combinaciones de polímeros de la Tierra? Salga y eche un vistazo a su alrededor. Lo más probable es que sus ojos se fijen sobre algo que esté hecho de polímeros. Aún su propio cuerpo está compuesto por ellos; sus huesos, las fibras de sus músculos, su propio ADN, todos son polímeros. Mientras que los polímeros pueden ser encontrados en todas partes, los científicos también han aprendido a manipularlos para crear cosas que no se encuentran en la naturaleza, cono el plástico y el nylon. Los polímeros están compuestos de moléculas llamadas monómeros. Los monómeros se definen por su habilidad para enlazarse y formar cadenas, alineadas como cuentas en un hilo, para formar polímeros.- Esta es la escondida estructura de la vida sobre la Tierra. Reducida a lo esencial, toda forma de vida se basa en un sistema de dos polímeros de proteínas y ácidos nucleicos. Los nucleótidos (monómeros) conforman a los ácidos nucleicos ARN y ADN (polímeros). El ácido nucleico guarda el código genético del organismo (almacenando la información y pasándola a sus descendientes), y una mutación en esos polímeros es la base de la evolución. Los ácidos nucleicos dirigen también la formación de proteínas. Las proteínas, que están hechas de aminoácidos, son esenciales para el crecimiento y la reparación de los tejidos. Las proteínas son los animales de trabajo de la célula, actuando como enzimas, como hormonas y como anticuerpos. Esta estrategia bi-polimérica de la vida ha durado sobre la Tierra por miles de millones de años, sobreviviendo a cambios climáticos radicales y a impactos de asteroides. Pero cuando buscamos vida en otros mundos, ¿podemos esperar encontrar una estructura similar de polímeros?. ¿Porqué deberían estas particulares combinaciones poliméricas terrestres reinar en forma suprema a lo largo del universo?. Existe una cantidad casi infinita de formas en que los monómeros se pueden combinar para formar polímeros. Miremos a las proteínas: aunque varían en tamaño, la proteína promedio está compuesta por unos 300 aminoácidos. Con 20 aminoácidos disponibles en la naturaleza, existen 20300 posibles variedades de moléculas proteínicas. Para dar una idea de la inmensidad de tal número, el universo tiene 1019 segundos de edad. En la Tierra, sin embargo, la mayoría de los organismos vivientes utilizan menos de 100.000 tipos de moléculas proteínicas. El ácido nucleico también tiene una variedad de posibles combinaciones diferentes. Los nucleótidos que componen el ARN y el ADN son azúcares, fosfatos y bases (compuestos relacionados con la cafeína). Las bases son conocidas por sus iniciales: A (adenina), C (citosina), G (guanina), T (tiamina) y U (uracilo). Tres de estas bases (A, C y G) se encuentran tanto en el ADN como en el ARN. Sin embargo, T se encuentra solamente en el ADN y U se encuentra únicamente en el ARN. Mientras que dos tipos de ácidos nucleicos utilizan cada uno de ellos 4 tipos de bases, hay de 100 a 10.000 unidades base en cada molécula de polímero. Así, cada molécula de ácido nucleico tiene un enorme número de combinaciones posibles de bases. Además, los azúcares y las bases pueden estar conectados entre sí en centenares o en miles de formas diferentes. Con un espectro tan amplio de combinaciones bipoliméricas posibles, ¿cómo seremos capaces de reconocer formas de vida extraterrestres si nos cruzamos con ella?. Vida compuesta por otras combinaciones de polímeros podría, probablemente, evolucionar hacia formas muy diferentes a cualquiera que podamos concebir. Para intentar imaginarnos si la vida en el universo podría tener cualquier forma que podamos reconocer, Steven Benner de la Universidad de Florida ha desarrollado un modelo al que llama "Biopolímero Genético Universal". "Un taller de trabajo de la NASA define a la vida como un sistema químico auto-sostenible capaz de evolución darwiniana," dice Benner. "Preguntamos: ¿qué estructuras químicas serían universales en las moléculas genéticas que sostienen la evolución darwiniana?." Asumiendo que las moléculas orgánicas se comportan de la misma manera a lo largo de la galaxia, Benner buscó características estructurales en una molécula que pudiera mutar sin interferir con la replicación. Además, esta mutación debería ser heredable. Benner y su equipo asumieron que toda la vida en el universo necesitaría agua líquida. Las reacciones químicas de todos los organismos vivientes sobre la Tierra tienen lugar en una solución acuosa, y el agua es el solvente ideal. Ayuda a los organismos a mantener la homeostasis, un nivel estable de condiciones internas. Todos los seres vivos necesitan energía, y una fuente común de energía, las reacciones reducción-oxidación o "redox", ocurre con más facilidad en una solución acuosa. La necesidad de agua líquida implica también la necesidad de temperaturas moderadas, entre cero y cien grados centígrados. Benner decidió focalizarse en los más complejos polímeros en lugar de los monómeros, ya que los monómeros no pueden contener ni traspasar información genética. "Los monómeros no pueden contener la cantidad de información genética necesaria para codificar la vida, por lo menos ninguna vida con algún grado de complejidad, ni pueden soportar la evolución darwiniana," nos dice. Benner encontró que solamente un pequeño sub-grupo de materiales poliméricos son capaces de sufrir mutaciones sin perder las características moleculares que son esenciales para la reproducción. "La mayoría de las moléculas orgánicas cambia sus propiedades físicas de forma significativa, algunas veces hasta dramática, cuando su estructura cambia aunque sólo sea ligeramente," dice Benner. "Concluimos que una característica de la molécula genética "universal" es una carga repetitiva, ya sea negativa (que es la que tiene el ADN) o positiva." El ADN tiene una carga eléctrica negativa porque está compuesto de muchas moléculas polares. Las moléculas polares son moléculas con una distribución desigual de sus cargas. Por ejemplo, las moléculas de agua son polares: un lado de la molécula tiene una carga positiva mientras que el otro lado tiene una carga negativa. La carga negativa en el ADN es debida a los fosfatos en la columna vertebral de azúcar-fosfato de cada hebra de ADN. "Hemos construido espinazos análogos modificados de ADN que carecen de carga repetitiva," dice Benner. "Esto prueba nuestra hipótesis de que una molécula genética universal, en el agua, llevará cargas repetitivas. La carga repetitiva del ADN lo separa de todas las otras moléculas polares, y proporciona así un biomarcador confiable en la búsqueda de la vida. Benner dice que hoy en día podríamos buscar esas cargas repetitivas positivas o negativas en los polímeros que se encuentren en los meteoritos. Ken Nealson, un astrobiólogo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, está de acuerdo con la idea de que un polímero con una carga repetitiva podría ser una cualidad universal de la vida. "En general, me parece perfectamente normal que algún polímero repetitivamente cargado fuera una molécula informacional," dice Nealson. "Sin embargo, si uno imagina que la vida puede existir en otros solventes, o utilizar fuentes de energía diferentes a las reacciones redox, podría haber muchas otras posibilidades." El medioambiente en el cual se forman los polímeros influirá en su desarrollo. Por ejemplo, algunos polímeros son estables en agua, mientras que otros no lo son. Los diferentes ambientes de otros mundos podrían probablemente generar diferentes tipos de formaciones poliméricas (y por lo tanto criaturas diferentes) que aquellas encontradas en la Tierra. Nealson advierte que, mientras que a él le gusta este modelo, el mismo descansa en la presunción de que la vida debe ser capaz de transitar una evolución darwiniana, tal como lo hace en la Tierra. Él sugiere que la vida, en otras partes, podría no estar constreñida por un requerimiento de ese tipo. "Podríamos no desear restringirnos a que todo tipo de vida se comporte como lo hace la nuestra," dice Nealson. "Puede que no sea así, y por lo tanto la necesidad de un polímero de carga repetitiva podría no ser tan crucial. Yo preferiría una definición basada en propiedades más generales de complejidad y energía." ¿Que Sigue a Continuación? Para probar esta teoría del Biopolímero Genético Universal, Benner y su equipo han desarrollado un sistema genético artificialmente expandido. Este sistema tiene doce letras básicas en el alfabeto genético, a diferencia de las cuatro letras básicas del ADN (A, C, G y T). "Hemos utilizado este sistema genético alternativo para dirigir la síntesis de las proteínas con más de 20 aminoácidos," dice Benner. "Actualmente, estamos tratando de generar sistemas químicos darwinianos artificiales que los incorporan, en colaboración con Chris Switzer de la Universidad de California, en Riverside."
