El Cedazo

Ésta es ya la entrada número 17 de la serie sobre la Biografía de la Vida. A lo largo de todas las anteriores nos hemos paseado por unos 4.000 millones de años de biosfera.

Hemos contemplado cómo a través de un camino continuo la simple química de átomos y moléculas se iba convirtiendo en algo cada vez más complejo que llamamos bioquímica y, a fin de cuentas, Vida. Desde un principio los elementos primordiales seguían escuetamente en sus interrelaciones los dictámenes de la segunda ley de la Termodinámica, buscando siempre una situación de estabilidad que encontraban en estructuras que comportaban un mínimo de energía. Pero la creciente complejidad les llevó a formar intrincados sistemas químicos en los que la anterior estabilidad termodinámica ya no era el objetivo final. Sin faltar a la segunda ley mencionada, estos sistemas adoptaban comportamientos dinámicos que los llevaban hasta posiciones que rozaban la inestabilidad, en donde se mantenían gracias a una nueva habilidad adquirida: gestionar la energía. Así, de una química de estabilidad termodinámica pasaron a una química de inestabilidad dinámica, en donde se premiaba la eficiencia en el mantenimiento de la maquinaria. Quien lo hiciera mejor  sobreviviría más. Quien más habilidades obtuviera, lo que se plasmaba en una mayor complejidad, podría jugar con ventaja. Se pasó de la química “conformista”, en donde la “ambición” de los actores era la mínima energía, a una química activa en donde la “ambición” de los sistemas era sobrevivir más que el vecino en un entorno donde funciona la replicación y la competencia. Y esta química activa, sin lugar a dudas, perdió su identidad y se confundió con la Vida. Lo ha expresado de forma perfecta el biólogo australiano Addy Pross en un libro que recomiendo: “What is Life?: How Chemistry Becomes Biology“.

Hasta ahora el viaje a lomos de la Química nos ha llevado desde el organismo más elemental hasta el que poseía ya unas habilidades tales como la multicelularidad e incluso la especialización de sus células en tejidos funcionales. Parece como si ya quedara poco, tan sólo unos 542 millones de años.

Pero no va a ser así. Nos queda mucha historia por delante. En el último eón, el Fanerozoico, con sus 542 millones de años, no sólo pasaron muchas cosas y se desarrollaron muchos avances, sino que por suerte hay muchas pistas de lo que pasó. El registro fósil, dada lógicamente  la “juventud” de los restos, es muy abundante. Pero voy a dejar el hilo de la curiosidad en el aire.

Antes de entrar en el detalle de esta época de florecimiento exponencial, voy a hacer un nuevo paréntesis teórico, que espero os guste por su importancia en la descripción y desarrollo de esta ciencia que es la Paleontología. Hoy nos dedicaremos a dar unas pinceladas sobre la clasificación filogenética.

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Estamos llegando hacia el fin de los primeros 4.000 millones de años. Con la entrada anterior de esta serie sobre la Biografía de la Vida completábamos un repaso general sobre diversos aspectos de la genética. Hoy avanzaremos por el que pudo ser el camino de diversificación de formas que siguieron los organismos vivos, partiendo de los elementales que poblaban el Proterozoico y que manifestarán todo su esplendor durante el siguiente eón, el Fanerozoico, que comenzará con el Cámbrico, periodo en el que veremos que las familias animales y vegetales iniciaron una diversificación de especies que definitivamente serían las precursoras de las actuales.

El simple estudio de la traza fósil puede engañarnos al plantear una historia no muy conexa, en la que parece que sólo existen los organismos vivos que ha desvelado el martillo del paleontólogo en el interior de una roca antigua. Pero estos organismos tienen sin duda un pasado complejo, lleno de antecesores que bien pudieron serlo también de seres contemporáneos. Todos los organismos vivos estamos emparentados en una red familiar que se extiende desde la nebulosa del tiempo más primitivo.

Las relaciones familiares de las especies en el periodo donde nos encontramos, el Proterozoico precámbrico, se encuentran difuminadas a lo largo de una pista muy etérea de evidencias fósiles difícilmente analizables. A nuestra ayuda acuden las nuevas tecnologías y el avance en los estudios de biología molecular que nos permiten centrar mejor la horquilla de hipótesis sobre las relaciones cruzadas entre seres vivos, aunque la exacta datación temporal continúa siendo una materia de especulación.

El etólogo y zoólogo britano-keniata Richard Dawkins ha propuesto un posible camino para la última mitad del Proterozoico, basado en los resultados más verosímiles de estratigrafía, fenotipo fósil y datación molecular. Su “árbol filogenético”, el croquis de la irradiación de los nuevos filos, se plasma en el esquema siguiente, en donde las cifras indican los millones de años que nos separan del punto de diversificación. Por desgracia, aún hay muchos signos de interrogación.

Árbol filogenético correspondiente al Proterozoico, a partir de lo descrito por Richard Dawkin en su libro “The ancestor’s tale” (ma: millones de años)

No se trata de una historia en zigzag. No se trata de una evolución lineal. Es la orla académica de los seres vivos. Resultado de millones de cruces genéticos sexuados, de intercambio horizontal de genes, de alianzas simbióticas, de errores en las trascripciones del ADN, de mutaciones por impactos de partículas y radiaciones… modelados por el particular medio ambiente de cada momento, expandiendo las oportunidades y limpiando las debilidades.

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En la última entrada de esta serie sobre la Biografía de la Vida completamos nuestros conocimientos sobre la genética y la herencia de los organismos que vivían durante el Proterozoico, un periodo tan vasto que transcurrió desde hace 2.500 hasta 542 millones de años. Lo sorprendente es que las mismas estrategias de entonces son las que utilizan los seres vivos de hoy en día. Hoy vamos a avanzar en el camino de estos individuos con una inmersión en una nueva habilidad: la célula eucariota se busca socios para crear complejidad vía la multicelularidad. Adelanto que no hay una especie de “LUCA”, un ancestro común, de los organismos pluricelulares, siendo esta particularidad resultado de la evolución a partir de diversas y diferentes eucariotas.

Multicelularidad

Si por organismo multicelular entendemos simplemente el formado por varias células, entonces la multicelularidad es tan antigua como los más antiguos fósiles. Sin embargo la mayoría de los biólogos distinguen entre organismos coloniales y los verdaderamente multicelulares, aunque sea difícil precisar el matiz que los distingue. Los auténticos multicelulares presentan una cierta relación de interdependencia entre sus células y además las tienen de varios tipos, cada una de ellas especializada en funciones diferentes. Las células se mantienen unidas dentro de una especie de membrana  y tienen la capacidad de influir sobre el desarrollo de sus vecinas. Además, los espacios intercelulares suelen estar rellenos de moléculas estructurales, como pueden ser la proteína colágeno o la molécula inorgánica hidroxiapatita, responsable de la dureza de los huesos.

Si se admite el anterior criterio, la multicelularidad se ha producido en varias ocasiones tanto en tiempos de procariotas como con las eucariotas. Incluso las colonias bacterianas podrían ser multicelulares, ya que en ellas las células individuales se comunican y forman subgrupos con comportamientos especializados.

¿Por qué ha aparecido la multicelularidad tantas veces a lo largo de la historia? Posiblemente porque es el resultado de la adaptación al medio. Quizás un entorno hostil llevó a un pequeño ser unicelular a tener que protegerse asociándose y creando un entorno interno controlado. O bien, quizás fue su respuesta defensiva frente a la amenaza de los depredadores incrementando su tamaño para protegerse, cosa que conseguía metido en un grupo; o puede que constituyera una asociación que mejoraba la capacidad de movimiento de sus individuos y por ello podían acercarse al alimento o escapar del depredador más fácilmente.

Sea como fuere parece ser que la multicelularidad es un proceso prácticamente ineludible como así lo sugiere las conclusiones de un trabajo de laboratorio^[1] en el que a unas levaduras les bastó solamente 100 generaciones en un tubo de ensayo para agruparse en una especie de copos. Y no sólo esto, sino que crecían de tamaño, se reproducían e incluso se producía una diferenciación entre sus células. Características todas ellas propias de un organismo multicelular.

Se sabe que los seres unicelulares independientes disponen de las mismas herramientas, aunque más sencillas, que las que utilizan los pluricelulares para construir sus organismos. Disponen de las mismas proteínas que sirven de unión, como un velcro, con las células de su entorno. Disponen de las mismas proteínas que transmiten mensajes y generan reacciones en sus más próximas vecinas. Sobre sus membranas exteriores también pueden encontrarse moléculas de colágeno. Las proteínas que regulan la gastrulación embrionaria de los organismos pluricelulares las encontramos en los seres unicelulares, posiblemente para dirigir sus ciclos vitales. Sólo bastó acomodar la función de los genes ya existentes en las células individuales de forma que pasaron a coordinar  funciones diferentes a las que controlaban hasta entonces. Y esto no fue una tarea ardua ya que se conocen diversos mecanismos evolutivos de los genes que pudieron facilitar este cambio: o por su duplicación, o bien barajando exones con otros genes, o ejecutando modificaciones en sus redes de relaciones o simplemente acomodándose a la nueva función.

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1. Trabajo publicado en la revista PNAS de enero de 2013 y que podéis enlazar aquí. [↩]