El dilema del prisionero, la cooperación molecular y el origen de la vida

Fuente: Francis (th)E mule

El dilema del prisionero de Tucker, un juego de suma no nula, demuestra que la no cooperación, el egoísmo puro y duro, resultado del equilibrio de Nash, puede ser la mejor solución de muchos problemas. Hay variantes del juego con la conclusión opuesta, en las que la cooperación es la solución de equilibrio. Hay moléculas orgánicas por doquier en el universo, sin embargo, el origen de la vida en la Tierra sigue siendo aún un gran misterio. Cómo un conjunto de moléculas orgánicas inanimadas se autoorganizó para dar lugar al primer ser vivo. Nilesh Vaidya (Universidad Estatal de Portland, Oregon, EEUU) y sus colegas sugieren en Nature que la cooperación entre las moléculas pudo contribuir al origen de la vida. En cierto sentido, estas ideas son opuestas a la teoría del gen egoísta de Richard Dawkins, ya que el egoísmo, igual que en el dilema del prisionero, no conduce a la solución óptima. El nuevo artículo muestra ejemplos de redes de moléculas de ARN que se ensamblan entre sí gracias a la cooperación molecular, lo que sugiere que ésta puede ser tan antigua como la vida misma. Como es obvio, sus ideas se enmarcan dentro de la hipótesis del “mundo de ARN” que sugiere que la biología primordial carecía de ADN y de proteínas, siendo el ARN responsable tanto de la herencia como del metabolismo. El nuevo artículo es realmente sugerente, aunque todavía queda mucho para que resolvamos el misterio del origen de la vida. Nos lo cuentan James Attwater & Philipp Holliger, “Origins of life: The cooperative gene,” Nature, Published online 17 October 2012, que se hacen eco del artículo técnico de Nilesh Vaidya, Michael L. Manapat, Irene A. Chen, Ramon Xulvi-Brunet, Eric J. Hayden & Niles Lehman, “Spontaneous network formation among cooperative RNA replicators,” Nature, Published online 17 October 2012 (recomiendo a los biomatemáticos echar una ojeada al modelo matemático que aparece en la Información Suplementaria del artículo).

La química prebiótica estudia todos los procesos físico-químicos naturales que tuvieron lugar en la Tierra primitiva, desde su formación como planeta hasta la emergencia del primer sistema autoreplicativo en el cual empezaron a operar los procesos de selección natural de la evolución. Esta rama de la ciencia se ataca desde dos frentes relacionados pero bien diferenciados; por un lado, el origen abiótico de los precursores químicos de la vida, como los aminoácidos, azúcares y primeros polímeros, y por otro lado, la autoorganización molecular de las reacciones químicas que dieron lugar a las redes metabólicas y de replicación de las primeras células. En este segundo frente se enmarca el nuevo artículo, cómo las primeras ribozimas (enzimas de ARN que catalizan reacciones químicas) dieron lugar a las primeras redes de reacciones químicas.

Vaidya et al. han utilizado una variante de ciertas ribozimas de una proteobacteria del género Azoarcus que se obtienen por autoensamblado de fragmentos de ARN inactivos (Eric J. Hayden, Niles Lehman, “Self-Assembly of a Group I Intron from Inactive Oligonucleotide Fragments,” Chemistry & Biology 13:  909-918, 2006). Estas ribozimas son autocatalizadoras, es decir, catalizan la reacción química que las produce; los compuestos autocatalíticos no son catalizadores en sentido estricto, ya que su estructura química se altera durante el proceso, pero sin alterar sus propiedades “autocatalizadoras.” Estas ribozimas son capaces de auto-organizarse en una red cíclica de reacciones químicas (como muestra la figura que abre esta entrada).

Una vez formada la red de reacciones gracias a la cooperación, la acumulación de mutaciones en cada una de las ribozimas del ciclo puede conducir a una especialización de cada reacción que conlleva la adquisición de nuevas funciones. De esta forma aparece una red metabólica en un ciclo donde antes solo se tenía la repetición de una reacción autocatalítica. El gran hallazgo de Vaidya et al. ha sido demostrar que estos ciclos cooperativos los ARN que actúan como ribozimas adquieren ventajas a la hora de replicarse, pues la red es más robustas ante la acumulación de mutaciones dañinas, es decir, adquieren ventajas evolutivas. Durante un tiempo suficiente, el proceso cooperativo demostrado en laboratorio por los autores podría ser suficiente para formar redes complejas de reacciones químicas robustas ante futuras mutaciones. La cooperación molecular podría ser clave para responder a la pregunta sobre cómo pudieron surgir las primeras redes metabólicas que luego se encapsularon dentro de una membrana para dar lugar a las primeras paleobacterias.

En resumen, un artículo muy interesante que aporta información muy valiosa sobre los mecanismos que pudieron tener lugar en la Tierra primigenia para dar lugar al nacimiento de la vida. Obviamente, serán necesarios estudios futuros para clarificar estas ideas, que a mí me parecen muy sugerentes.