dimecres, 11 de novembre de 2009

va sorgir la vida d'una pedra? (part 2)


En episodios anteriores ...

...Parlàvem de com es podia originar la vida. De com algunes hipòtesis apunten al món del RNA i als Ribozymes per intentar apropar-se a com podia ser aquest origen. Però molts us vàreu adonar i vau prendre bona nota de la paraula "atzar". És una paraula problemàtica que incita a la incredulitat i, per molts, a la crítica de qualsevol hipòtesi. D'altres van apuntar que, quan parlem de 2000 a 4000 milions d'anys (temps que s'estima que va aparèixer la vida sobre la terra), de l'atzar es pot dir probabilitat, doncs en tot aquest munt d'anys pot passar de tot, inclòs que s'origini vida a partir de matèria inert.

Hi ha una hipòtesi, però, que deixa el factor sort una mica més de costat. Es basa en una idea diferent que es mira el problema des d'una altra òptica, l'òptica de l'energia. Ja ho vàrem veure al capítol anterior que totes les cèl·lules, siguin animals, vegetals, bacterianes, de fongs, de ministres o de consellers utilitzen energia química coneguda com a ATP. I, parlant a grans trets, la forma d'obtindre-la és sempre la mateixa, fonamentada en les membranes cel·lulars.

Les membranes cel·lulars tenen la capacitat de compartimentalitzar, fent que a una banda de la membrana l'ambient sigui diferent al de l'altre costat. I a on està la diferència? Doncs en la quantitat d'ions. A una banda n'hi ha més que a l'altra. Quan aquests ions són protons (ions d'hidrogen), tendeixen a passar a través de porus de la banda on estan més concentrats al costat on hi ha un dèficit per tal d'arribar a l'equilibri. Aquest és un fenomen conegut com a Quimiosmosis. I quan passen a través de la membrana generen una energia que fa possible la síntesi d'ATP. Així, aquestes membranes transformen l'energia potencial dels protons en la preuada energia química o ATP que utilitza la cèl·lula per dur a terme els seus processos (doncs l'energia ni es crea ni es destrueix, tan sols es transforma, com passa amb la corrupció política).

Tornant a l'origen de la vida, si fa 2000 o 4000 milions d'anys hagués existit alguna forma de produir ATP similar a la que utilitza una membrana actual, la capacitat per sintetitzar biomolècules com el DNA, el RNA o les proteïnes estaria força més garantida que en una situació on tot passés "per atzar". I ho dic perquè una d'aquestes membranes no només produeix ATP de forma constant, sinó que, a més, la reté al seu interior, el que augmentaria molt la probabilitat de que un ribozyma o qualsevol altra unitat catalítica tingués una font d'energia constant i propera per replicar-se o, senzillament, funcionar. Podria haver existit una membrana amb aquestes característiques?

Doncs sí, i de fet encara existeix avui. Per trobar-la cal que ens desplacem al mig de l'oceà Atlantic, a un lloc conegut com The Lost City. Aquesta ciutat perduda és una formació mineral alcalina enorme formada per un tipus de fumeroles o xemeneies hidrotermals que no tenen un origen volcànic sinó químic, descobertes a l'any 2000. Es tracta doncs de pedres, però d'unes pedres molt especials. El seu interior és una xarxa laberíntica amb cavitats microscòpiques i porus encara més petits, en molts casos tan petits com els porus de les membranes cel·lulars actuals. I tenen una característica molt especial, la capacitat de generar espontàniament gradients de protons com els que fan les membranes cel·lulars. I els gradients de protons, amics i amigues, signifiquen energia. Així, ens trobem davant d'unes cavitats microscòpiques formades per parets poroses capaces de generar el fenomen de la Quimiosmosis de protons. No s'assembla molt a una membrana cel·lular?. Finalment, perquè aquesta "membrana mineral" pugui produir energia química només li cal un substracte inorgànic com podria ser el sulfur de metil, comú en aquests sistemes hidrotermals, que podria generar acetyl phosphate, una molècula que alguns bacteris encara avui utilitzen com a energia de forma intercanviable amb l'ATP.

Foto: les xemeneies hidrotermals en qüestió



Però encara hi ha més. En simulacions de laboratori s'ha vist que dins d'aquestes cavitats es creen gradients de temperatura que concentren els nucleòtids, les molècules que formen el RNA i el DNA, en zones concretes del porus. Concentrats d'aquesta manera, ben apretadets, ja se sap ... "el rose hase el carinyu": La formació d'estructures com el DNA i el RNA s'hauria de deixar menys a l'atzar... molt menys. Quelcom similar podria ocórrer amb les proteïnes, la formació de les quals no seria difícil en aquests sistemes minerals.

Tenim compartimentalització gràcies a les estructures poroses minerals, gradient de protons per donar energia, els nucleòtids ben concentradets i en actitud amorosa i la possibilitat de tindre proteïnes. Què falta? Bé, un mineral fent la funció de membrana cel·lular està molt bé, però la primera cèl·lula hauria de tindre la seva pròpia membrana formada per lípids, no? En Jack Szostak, guardonat amb un Nobel, ens donava una pista al juny: Al igual que els nucleòtids, els àcids grassos tendeixen a acumular-se a zones concretes de l'interior d'aquests porus. I un cop acumulats produeixen micel·les, de forma similar a les que forma l'oli a l'aigua. Aquest tipus de micel·les, amb altres components i amb una major complexitat podrien haver acollit a la resta de components (DNA, RNA i proteïnes) al seu interior, creant així la primera cèl·lula totalment orgànica.



Aquesta hipòtesi es un viatge al·lucinant al voltant de la geologia, la química, la física, la bioquímica, .... Tant al·lucinant com devia ser l'aparició de la primera cèl·lula (o les primeres cèl·lules). Segurament no sabrem mai com va ser exactament l'origen de la vida, però cada cop, amb cada nova hipòtesi i cada nova troballa, l'atzar pren un paper més secundari.

vist a New Scientist


16 comentaris:

Roger ha dit...

M'ho crec tot (quin remei quan no s'hi entén) XDXD

De totes maneres no entenc la frase final. Perquè l'atzar és secundari? Tot aquest procés és fruit de la casualitat, no d'un ment constructora, oi?

kika ha dit...

doncs jo, que no entenc gaire bé tota la resta, entenc millor la frase final: cada cop que la ciència descobreix alguna cosa, li resta paper a l'atzar. ja que l'atzar és una invenció que només ens serveix per explicar allò que encara no podem explicar.
quan trobem una explicació a un fenòmen ja no ens cal dir que passa per atzar!

maria ha dit...

Així provenim d'una pedrota i una combinació d'elements?
Interessant article.

IiX ha dit...

Molt bé, visca, visca i visca!!!
Què interessant tot plegat, que si atzar, que si pedrotes, que si roces i carinyus... m'encanta!!!!
Ignasi

Alasanid ha dit...

L'altre dia a classe de termo ens van passar uns videos/simulacions d'uns quants motors biològics, entre ells el de l'ATP i d'altres que funcionaven amb ATP, i semblava que eren cosa nostra els motors...

Amb aquestes hipòtesis es treu una mica de protagonime diví però de totes maneres obtenir ATP a partir d'un flux de protons no deuria ser fàcil en aquelles condicions (cal recordar que ara les cèl·lules tenen unes eines que desconec si hi eren abans).

D'altra banda en aquests ambients la temperatura deu ser força alta, no hi ha problemes amb l'agitació tèrmica o d'inestabilitat en molècules més grans??

Asimetrich ha dit...

Roger, jejeje, no la cosa no va per aquí, em refereixo al que ha exposat de forma immillorable la kika. No és casualitat, sinó probabilitat. I la probabilitat de que la vida aparegui sota les condicions de la terra de fa 2000 milions d'anys cada cop és més alta a cada nova hipòtesi que apareix.

Doncs sí, kika, aquest és el sentit de la frase, sobretot aplicat a un tema com aquest sobre el que s'especula tant.

maria, podria ser, però la teva pregunta romandrà sense resposta ... sap greu ;-)

Ignasi, jajaja, celebro que t'agradi. Ja se sap que per originar vida, els roces i els carinyus són importants jejeje.

Alasanid, de fet una proteïna que sintetitza ATP com l'ATP sintetasa utilitza l'energia del flux de protons per fer l'ATP com a catalitzador. De catalitzadors n'hi ha de molts tipus, no només proteics. Suposo que en aquelles condicions podien sorgir compostos no orgànics que fessin la feina.

Pel que he vist la temperatura no té perquè ser massa elevada en aquestes xemeneies, doncs no són d'origen volcànic, sinó químic. De totes formes sí que es tracta de condicions força extremes, el que pot suposar un inconvenient, però depèn de com també una avantatja perquè es donin certes reaccions.

Frij ha dit...

Segueixo pensant però que l'atzar hi té encara el mateix paper...
Aquesta teoria sembla que dóna força a situar els organismes extremòfils en l'inici de la vida no?

Asimetrich ha dit...

Sí Frij, és clar que l'atzar sempre hi ha de ser. Però em refereixo a les probabilitats. Imagina't una sèrie de nucleòtids surant al mar, quina és la probabilitat de que s'ajuntin uns quants més un catalitzador i es formi una seqüència (un oligo)? Ara imaginem la mateixa situació però posem pel mig aquests porus. Subministren energia de forma més o menys constant i a més concentren els nucleòtids a una zona determinada. En aquesta situació la probabilitat de que es formi l'oligo diria que és força més elevada. Per això parlo d'anar donant-li a l'atzar un paper més secundari.

El tema dels extremòfils, ja ho dius bé. Poden aportar moltes pistes sobre aquest origen.

Assumpta ha dit...

Si em veiés la meva professora de ciències llegint això no s'ho creuria :-))

Bé... de fet no he entés res... però m'han fet gracia els comentaris sobre polítics i corrupció que hi havia pel mig (això sí que ho entenia, clar!)

En resum... que sigui quina sigui la conclusió, jo diré el mateix :-) Que darrera els lípids aquests, de l'energia o d'estructures enamorades hi ha... Ell :-))

Assumpta ha dit...

La professora de Ciències a la que em refereixo és la d'EGB, clar (aquella que sempre em catejava)... que més enllà d'això la meva ment va anar directe cap a les lletres!! :-))

Ferran ha dit...

Aitx, que jo tampoc no he entès res, que m'he perduuut!! ATP, DNA, RNA... "unitat catalítica"! Si viatges al mig de l'oceà Atlàntic, el que hi trobaràs ara mateix és un Lost Ferran!

Total, per resumir... se suposa que cada cop som més a prop d'esbrinar com va sorgir la vida, no? Vaja, que no ho veurem cap de nosaltres, però que un dia algú cridarà "Eureka!" i ja estarà, no? Misteri resolt.

Pos quina ràbia perdre-m'ho, francament!

Té la mà Maria - Reus ha dit...

molt bon blog felicitats
un salutació des de Reus

Asimetrich ha dit...

Assumpta, què hi farem, ja ho revisaré en properes ocasions aquest tema, a veure si m'inspiro una mica més. :-((

Crec que la teva profe riuria una estona jejeje

Ferran, no sé no sé. Jo sóc de la opinió que en aquest tema és poc probable que mai s'arribi a la certesa absoluta de com va ser l'origen. Sempre quedarà en una hipòtesi. Però qui sap?

Té la mà maria, gràcies i benvingut. El teu blog també m'ha agradat molt.

Assumpta ha dit...

Nooooooooo :-)) Si no ho entenc no és perquè tu no ho expliquis bé! Sóc conscient de que ho expliques bé... però la meva ment no arriba... ;-)

Ada ha dit...

la meva tampoc, Assumpta, jo m'he perdut en les membranes cel.lulars i l'ATP... realment només he entès la frase "En episodios anteriores..." i m'ha fet molta gràcia!

La lectora corrent ha dit...

Asimetrich diu:

"la probabilitat de que la vida aparegui sota les condicions de la terra de fa 2000 milions d'anys cada cop és més alta a cada nova hipòtesi que apareix."

El cas és que fa 2000 milions d'anys la vida a la Terra ja havia evolucionat molt, encara que fos únicament microbiana. Era molt diferent del planeta primitiu, i ho era --de diferent-- principalment perquè la vida l'havia transformat.