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

va sorgir la vida d'una pedra? (part 1)

Si hi ha un misteri insondable i totalment impossible de resoldre, a banda de trobar el sistema nerviós central de la classe política d'aquest país, és l'origen de la vida. Fins i tot si aconseguíssim crear vida dins un matrau que reproduís una hipotètica "sopa primigènia" no podríem tindre mai la certesa de que en realitat fos així. Però és evident que sempre hi haurà algú a qui aquest dilema el cridi com els diners al senyor Millet i es llenci a la recerca d'una explicació plausible . I per això han sortit moltes i diverses hipòtesis al llarg de la història.

La primera fou la més fàcil. Diu que hi havia un paio amb barba i pel blanc que primer va crear la terra i les estrelles i després la vida. No obstant, malgrat el fotimer de gent que ha parlat amb Déu al llarg de tots aquests milions d'anys, no hi ha ningú que hagi aconseguit treure-li la recepta per fer vida del no res. Llàstima.

Una altra hipòtesi és la panspèrmia, que ens explica que la llavor de la vida va arribar a la terra des de l'espai exterior. D'això ... És una bona forma de llençar pilotes fora. De fet no té res de dolent, podria ser, i tant, però el problema és que si bé explica com va poder arribar la vida a la terra, no explica pas l'origen de la vida.



I és que aquest origen no té perquè vindre de l'espai exterior o ser diví, doncs al nostre planeta hi ha prou material com per que es pugui generar vida. De fet, en l'actualitat, la hipòtesi més acceptada és la que situa aquest origen a la Terra, i es basa en el "món del RNA".

El RNA és una de les tres molècules maó de la vida al nostre planeta. Les altres dues són el DNA, que forma els nostres gens, i, per últim, les proteïnes. El DNA emmagatzema la informació genètica. Aquesta informació es transmet i llegeix dins la cèl·lula gràcies al RNA donant lloc a les proteïnes, que fan possible tot un munt de funcions, entre elles la que li dona a les cèl·lules la capacitat de replicar el seu DNA, dividint-se durant generacions i fent que la vida s'hagi mantingut i evolucionat durant tot aquest temps. Es tracta d'un cercle que dóna lloc a la típica pregunta de l'ou i la gallina: Perquè la gallina no menja ous ferrats amb ho bons que estan?. Perdó, és que tinc gana. La pregunta era: Què va ser abans?

Doncs els que en saben diuen que primer fou el RNA. Perquè? Per tres raons. La primera és que, de les tres, és la molècula més senzilla, el que suggereix que dins una "sopa primigènia" seria la que podria sorgir per atzar amb més facilitat. La segona raó per triar el RNA fou que, al igual que el DNA, enmagatzema informació genètica, funció imprescindible per mantindre una espècie al llarg de diverses generacions. I la tercera raó va arribar als 1980s, quan en Tom Cech i en Sydney Altman van descobrir els ribozymes, unes molècules de RNA que, a més de poder codificar informació genètica, tenien activitat catalítica, un fenòmen que abans es pensava exclusiu de les proteïnes. Més tard s'ha comprovat al laboratori que aquest tipus de RNAs tenen la capacitat d'autoreplicar-se, tot i que de forma força limitada. Així, un ribozyma seria una unitat d'informació genètica amb el poder de reproduir i replicar la seva pròpia informació de generació en generació. I a partir d'aquí, què va passar? Com es va formar la primera cèl·lula que donaria origen a la resta d'organismes del planeta?

Diuen que un cop format aquest RNA tan especial, es va embolcallar per atzar d'una capa de lípids, greixos que repelen l'aigua, adquirint així una primigènia "membrana cel·lular" i formant les primeres proto-cèl·lules. Serien com microscòpiques gotes d'oli que contendrien al seu interior RNA amb capacitat d'autoreplicar-se. Després va arribar el DNA, més complex i estable que el RNA, que va prendre la funció de mantindre la informació genètica. I les proteïnes van guanyar la partida catalítica en ser molt més eficients, adoptant diferents funcions cada cop més complexes. Entre les tres biomolècules s'establiria llavors una íntima relació en la que cadascuna tindria unes funcions determinades. Després l'evolució va fer la resta.

Però en tot això hi ha diversos buits. En primer lloc la limitada capacitat del RNA (dels ribozymes) per replicar-se, que no li hauria permès reproduir-se amb la facilitat necessària. I, en segon lloc, que per dur a terme la seva activitat catalítica el RNA necessita energia. Per aquells temps la podria haver obtingut de l'ambient, però calia una font constant que difícilment es trobaria a la "sopa primigènia" a on tot es donava i es trobava per atzar.

L'energia, quin paper pot jugar l'energia en tot aquest misteri? I és que potser per solventar l'enigma de l'origen de la vida no cal centrar-se en quina de les tres biomolècules maó fou la primera en aparèixer, sinó d'on podrien treure l'energia per fer les seves funcions. En l'actualitat les cèl·lules obtenen l'energia gràcies a les seves membranes. Es tracta d'energia química, condensada en una molècula coneguda com ATP (abreviació de adenosine tri-phosphate). Aquest sistema d'obtenció i gestió de l'energia en forma d'ATP és força complex biològicament parlant, però alhora universal, utilitzat per totes les cèl·lules, el que podria voler dir que la primera de les cèl·lules ja funcionava mitjançant aquest sistema. Així, seria possible que l'origen de la vida no es trobés ni al RNA, ni al DNA ni a les proteïnes, sinó a una membrana amb capacitat de generar energia química suficient perquè es formessin totes aquestes molècules. Existeix aquest tipus de membrana? Sembla que sí. I sembla que podria ser una cosa tan senzilla com una simple pedra...

escoltant les plantes

De teories n'hi ha de molts tipus i colors. I avui en porto una acabada de sortir del forn que ens parla de la possibilitat de que els animals haguem aprés, al llarg de milions d'anys d'evolució, a escoltar les advertències que ens transmeten els nostres companys de planeta, els vegetals. Es diu Xenohormesis


Segons expliquen en Konrad T. Howitz, de BIOMOL International i en David A. sinclair, de la Harvard Medical School, a la revista Cell, els heteròtrofs (animals i fongs) som capaços de sentir les senyals químiques sintetitzades per les plantes quan aquestes es troben en condicions d'estrès. Aquesta capacitat ens permetria als animals preparar-nos per l'adversitat quan les condicions ambientals són encara favorables. Però anem per passos...

I és que les plantes també s'estressen a la seva manera. Posem per cas una vinya, què la pot estressar? Que els seus gutims siguin més petits que els de la veïna? Veure apropar-se el veremador amb les tisores de poda?. No pas, afortunadament el regne vegetal no coneix l'enveja o la por, però es pot estressar quan les condicions ambientals són desfavorables, com és el cas d'una disminució de la irrigació, una infecció o la manca de nutrients. En aquestes situacions excepcionals la planta genera certs metabòlits secundaris, molècules que no es sintetitzen en condicions normals i no formen part de cap metabolisme primari (imprescindible pel dia a dia). En la majoria de casos, però, es desconeix la funció d'aquestes molècules o quina avantatge li donen al vegetal. I com lliguen aquests metabòlits vegetals de resposta a l'estrès amb l'adaptació dels animals a futures condicions desfavorables?

Imaginem què passaria si l'animal fos capaç d'avançar-se a una època d'escassetat gràcies a una advertència. I per il·lustrar-ho recorrerem a un vell amic, en Kagoncete. Imaginem una època en la que les pluges han estat escasses: Els rius han baixat el seu cabal però d'aigua encara n'hi ha. La irrigació de les plantes ha estat minsa però encara fan fruits. En Kagoncete encara podrà beure aigua, disposarà del mateix aliment que a l'estació anterior i no se n'adonarà de que s'apropa una època de vaques flaques on les plantes potser moriran i no disposarà de massa aliment. Així, quan la sequera es faci patent enganxarà al nostre protagonista en calces. No obstant, les plantes sí que han notat aquest canvi i s'han estressat, sintetitzant els metabòlits secundaris. En Kagoncete, en menjar-se la planta estressada ingerirà aquestes molècules que, un cop dins el seu cos, començaran a actuar com si fossin hormones, modificant el metabolisme energètic de l'animal.

D'aquesta forma, quan l'època d'escassetat arribi l'animal haurà patit un canvi (ha guanyat pes o, senzillament, utilitza l'energia del menjar d'una forma diferent) que el fa estar ben adaptat a les noves condicions i li permetrà sobreviure un temps addicional.

Canvi metabòlic dius? Toooooma mecanisme adaptatiu, pallús!

Es tracta d'un tipus de comunicació que no utilitza les paraules, els gestos o les expressions facials, sinó molècules. Dins el nostre cos això ocorre contínuament: Quan ingerim glucosa el pàncrees secreta insulina, una hormona que "comunica" a gran part dels nostres òrgans l'arribada d'aquest nutrient. Tenint en compte aquest concepte de comunicació molecular, la teoria de la Xenohormesis ens diu que no només som capaços de sentir les nostres pròpies hormones, sinó que, amb el temps, hem desenvolupat la capacitat de sentir les molècules d'estrès de les plantes com si fossin les nostres pròpies senyals, com a missatges d'advertiment, una habilitat que ens ha facilitat el llarg camí de l'evolució.

Seria possible aprofitar aquests metabòlits secundaris de les plantes al nostre favor? He parlat d'animals, i nosaltres també ho som, pel que és molt possible que també siguem sensibles a aquestes molècules d'estrès. No en va molts dels fàrmacs basats en productes naturals que utilitzem nosaltres són metabòlits secundaris de plantes. Al seu text, en Howard i en Sinclair ens posen com a exemple els polifenols del raïm, abundants al vi negre, uns metabòlits secundaris amb força propietats beneficioses pel nostre cos. Al grup de Nutrigenòmica de la URV, a Tarragona (no ens cal anar més lluny) ja fa temps que s'investiguen aquests composts, havent-se descrit efectes sobre el metabolisme de lípids, de la glucosa i el sistema inmunitari. Així, la teoria de la Xenohormesis ens parla d'evolució, però entendre-la en profunditat ens obre tot un ventall de possibilitats per poder identificar noves molècules amb diferents propietats. Però, com a totes les noves teories, només el temps i la recerca l'establiran o la refutaran.

els misteris del sexe

Si hi ha una cosa que s'agraeix de la nostra naturalesa és la invenció del sexe. Carícies, jocs, plaer, suor, postures impossibles, mal de cap. Però n'hi ha qui s'ho mira des d'un altre punt de vista: Per algú que estudii l'evolució, el sexe pot semblar un invent absurd.

I és que la finalitat del sexe, més enllà del que diguin les religions i des del punt de vista biològic, és reproduïr-se. Allò de que el papa posa una llavor al ventre de la mama és un conte que expliquem la gran majoria dels éssers eucariotes (1) siguin animals, plantes o fongs. Tots practiquem el sexe per poder-nos reproduir (tot i que alguns eucariotes disposen de mecanismes asexuals paral·lels). Però per què? No seria més senzill reproduir-nos asexualment per clonació?



Imagina per un moment un món diferent on una dona decideix reproduir-se per clonació. En un instant posa en marxa la seva maquinària biològica i un dels seus òvuls (que hauria de ser sensiblement diferent als òvuls que coneixem) comença un procés de divisió cel·lular que porta a un embaràs normal i, finalment, al part d'una nena genèticament idèntica a la mare. D'aquesta manera, no seria molt més fàcil mantindre l'espècie que passant-se la vida buscant una parella?. I el que és més inquietant: Caldrien els homes?. Dones del món lliure (i les del món reprimit encara més): No us agradaria viure a un món sense homes a on us poguéssiu reproduir per clonació quan us sortís de la punta dels ovaris?

Senyora, els homes estem aquí per fecundar-la, però resulta que dediquem un 1% del nostre temps a copular amb vostè i la resta, el 99%, el dediquem a molestar. Senyor, no s'ho prengui malament quan la dona li digui que pensa amb la polla, doncs aquesta és la seva única comesa en aquesta vida. No és un absurd tot plegat?

Per què els eucariotes vam decidir reproduir-nos mitjançant el sexe és una pregunta que porta de corcoll als estudiosos de l'evolució (i també a tots aquells i aquelles que continuen verges als 40 anys). I molts pensadors han dedicat la vida a buscar-hi una resposta. Però aquesta és força esquiva. De fet, explicar el per què del sexe ha estat definit com un dels majors problemes que afronta la biologia.

Aquesta resposta podria estar relacionada amb la genètica. I és que, a més d'un intercanvi de carícies i fluids, durant l'acte també es fa un altre intercanvi, el de material genètic. I aquest intercanvi facilita la variabilitat. Cadascú de nosaltres som peces úniques, i això és degut a que som una barreja de material genètic dels nostres pares ... i la nostra mare (2). Aquesta és la principal diferència entre reproduïr-se sexualment o asexualment, que la primera modalitat afavoreix la variabilitat mentre que la segona dóna com a resultat individus genèticament idèntics que només mostraran alguna diferència quan es produeixi una mutació dins el seu genoma.

Però de què ens serveix tanta diversitat entre individus? Podria tindre com a finalitat l'adaptació a l'ambient. Imaginem que el nostre medi canvia de cop. Molts no es podrien adaptar a les noves condicions i moririen. Però gràcies a l'elevada variabilitat entre individus, alguns podrien sobreviure, mantenint l'espècie.

Però pensem-ho bé. L'evolució no fa plans a llarg termini, doncs no sap què vindrà en el futur. A més, el nostre ambient no canvia radicalment a curt termini, un individu acostuma a viure en les mateixes condicions ambientals que els seus progenitors i que molts dels seus avantpassats. I si ens fixem en els bacteris, que es reprodueixen per clonació, veurem que a aquests petits companys de planeta els ha anat prou bé sense sexe. Si bé tenen mecanismes per intercanviar material genètic, difereix força del que entenem per reproducció sexual.


Els canvis ambientals, per tant, no fan el sexe estrictament necessari per la supervivència d'una espècie. Però un moment, què hi ha del nostre ambient "intern"?

L'expert en evolució Bill Hamilton va apostar en el seu moment pels paràsits. El parasitisme de fongs, bacteris o virus mataria a molts individus. Però alguns, gràcies a la recombinació genètica que ofereix el sexe, podrien néixer immunes. Aquesta idea, doncs, exposa que el parasitisme podria conduir l'evolució a través de la capacitat d'adaptació derivada de la reproducció sexual. Però cap a meitat dels 1990s es va començar a acceptar que el parasitisme tot sol tampoc explica la gran prevalença del sexe entre els eucariotes. Els organismes que es reprodueixen asexualment també en tenen de paràsits, però això no els fa llençar-se als dolços braços del sexe... A no ser que existís una taxa de parasitisme molt elevada, molt superior a la que s'han trobat els organismes durant l'evolució, que exercís una pressió enorme sobre els individus.

Existeix algun tipus de parasitisme tan brutal? En Bill Martin, Bioquímic de la Universitat de Düsseldorf, a Alemanya, creu haver trobat la solució. Postula que l'origen de la reproducció sexual cal buscar-la a l'inici dels temps, abans dels canvis ambientals, abans dels paràsits que coneixem avui. Cal buscar al moment en que els eucariotes vàrem començar a tindre mitocondris.

esquema d'una cèl·lula eucariota (tapa't dona, que se't veuen els mitocondris)

Els mitocondris són uns orgànuls vitals per les cèl·lules eucariotes. Se'ls anomena "els pulmons" cel·lulars perquè utilitzen l'Oxígen per generar energia química, indispensable per la cèl·lula. Són, per tant, insubstituïbles per tots els organismes eucariotes. Però el més sorprenent d'aquests orgànuls és que tenen el seu propi DNA. De fet, tenen una mena de genoma propi, tot i que força atrofiat. Sembla ben bé que els mitocondris siguin organismes que viuen dins de les nostres cèl·lules. Po zí, actualment s'accepta que els mitocondris, inicialment, eren bacteris, paràsits que se les van manegar per infectar la cèl·lula eucariota primigènia, l'ancestre comú dels animals, plantes i fongs. Amb el temps, hoste i paràsit es van fer tan amics que van decidir conviure junts.

Però quan aquesta "infecció" va començar, els que avui són mitocondris llavors eren bacteris vils i cruels que van començar a bombardejar el genoma de la cèl·lula eucariota primigènia. Va ser un atac sense pietat. Com es sap això? En Martin ha descobert una peça clau d'aquell bombardeig: Ha identificat tots els gens comuns en el genoma de les cèl·lules eucariotes (animals, plantes i fongs) i ha demostrat que, de tots aquests gens, el 75% prové de bacteris. De fet, al llinatge que porta a l'ésser humà hi ha hagut centenars de transferències de gens des dels mitocondris fins al nucli en els darrers 50 milions d'anys.

Així, pel que sembla, originàriament hi havia una cèl·lula pre-eucariota que es podria reproduir per clonació. Però de cop va ser infectada per bacteris. Aquests van iniciar un atac molt especial, doncs no era ni nuclear, ni biològic ni químic, sinó genètic. Van començar a enviar gens cap a l'interior del nucli de la cèl·lula eucariota, trastocant tot el seu genoma. I per poder sobreviure a tot aquest munt de canvis, la cèl·lula eucariota necessitava prendre mesures dràstiques. Podria continuar reproduint-se mitjançant la clonació?

La resposta ens la donen en Nick Barton, del Institute of Science and Technology de Klosterneuberg, Austria, i la Sally Otto de la University of British Columbia, Canadà, que van recórrer a models matemàtics per investigar-ho. I van trobar que una població finita sotmesa a una pressió selectiva tan elevada com aquella no pot sobreviure mitjançant la reproducció asexual, cal fer un canvi i optar pel sexe.

Així, per sobreviure a l'atac genètic dels bacteris, els organismes eucariotes primigenis van haver de recórrer al sexe per crear molta variabilitat entre individus, de forma que alguns poguessin sobreviure a l'atac dels actuals mitocondris. I a la vista està que ho van aconseguir. I no sols això. Com es sol dir, si no pots amb l'enemic, uneix-te a ell. Així que el bacteri va haver d'assumir la seva derrota i, amb el temps, va anar co-evolucionant amb el seu hoste fins a convertir-se en un orgànul imprescindible.

Sembla doncs, que l'origen del sexe es troba fa molts milions d'anys. Va ser el resultat d'una batalla acarnissada, sense pietat, que va obligar a un organisme molt primigeni a canviar la seva forma de vida, a fer un gir de 180 graus en la forma de reproduir-se.

Així que el proper cop que acabis de fotre un clau escandalós, d'aquells que fan tremolar el terra fins a magnituds mai imaginades per en Richter, d'aquells que desperten a tot el veïnat i deixen a la iaia del segon cuarta amb els ulls com a taronges i resant un rosari, pensa en mi. No! No no no! No fotem. Volia dir: Pensa en els petits bacteris que un bon dia van decidir infectar una cèl·lula que surava per allí, doncs a ells els devem el plaer del sexe. Ara bé, només pensa-hi, que tampoc cal que li expliquis tot aquest rotllo a la parella després d'un moment tan íntim, i menys que li comencis a parlar d'infeccions, no sigui cas que et pengi pels mitocondris.




(1) organismes amb cèl·lules que tenen nucli, dins el qual queda aïllat el DNA, que porta la informació genètica de l'organisme.

(2) petit homenatge al mestre Rubianes.

vist a New Scientist

el peix que va decidir caminar

Molts tenim assumit que la vida va començar als oceans i d’aquí es va estendre a la terra gràcies a algun proto-peix que va desenvolupar potes, pulmons i altres característiques que el van permetre colonitzar l’ambient terrestre. Però aquestes suposicions no són pas gratuïtes, existeixen fòssils que recolzen aquest supòsit. Un bon exemple d’aquests ancestres el trobem al Tiktaalik Roseae, també conegut com el “fishapod”, un animal mig peix mig tetràpode que va viure fa més de 300 milions d’anys i que fa venir cagalera a tots aquells que neguen la teoria de l'evolució

La història del seu descobriment es remunta al 2004, quan científics de la University of Chicago, Academy of Natural Sciences of Philadelphia i la Harvard University van descobrir les restes fòssils d’aquest ésser a l’Àrtic Canadenc. Fins ara s’han trobat 20 fòssils d’aquesta espècie i encara avui es continuen fent descobriments sobre aquell que va poder representar el salt dels animals de l’aigua cap a la terra.

fòssil del Tiktaalik Roseae

La primera característica que va cridar l‘atenció sobre aquests fòssils van ser les seves extremitats, segurament un dels trets diferencials més evidents entre peixos i tetràpodes terrestres. En el cas del Tiktaalik ens trobem davant un estadi intermig. Les seves aletes pectorals presenten un patró ossi molt similar al dels tetràpodes, de forma que li permetrien mantindre una posició similar a la de les foques, elevant la part davantera del cos, i moure’s per la terra amb certa facilitat com es pot veure a la següent representació.



Per la seva morfologia aquestes extremitats pectorals podrien ser perfectament la transició entre les aletes dels peixos i les potes dels tetràpodes, el que situaria al Tiktaalik com l’animal que va decidir sortir de l’aigua i començar a explorar la terra. Però això no és tot, també cal destacar el seu cap. Com pots veure tenia força aspecte de cocodril, i presenta dues incisions a la part superior que podrien associar-se a unes orelles. Però el jeto d’aquest bitxo no és l’únic aspecte destacable del seu crani, sinó que cal fixar-se en la mobilitat. Al contrari que a la resta de peixos, el fishapod no te connectats el crani amb les espatlles i això li proporciona un coll funcional, el que vol dir que podia moure el cap, com ho fem els tetràpodes avui. A més la seva caixa toràcica és molt similar a la dels primers tetràpodes, el que li permetia respirar amb pulmons.

Sí, pulmons, perquè hi ha una altra diferència entre peixos i el Tiktaalik. Als peixos actuals, els pulmons continuen existint, però no per respirar ja que disposen d’agalles, sinó per controlar la flotació en forma de bufeta natatòria. En el cas del Tiktaalik sembla ser que disposava tant d’agalles com de pulmons funcionals, tot i que encara cal aportar més llum sobre aquest aspecte.

Degut a aquestes característiques es pensa que aquest animal tenia com a hàbitat les aigües de la costa, el que li permetria fer petites incursions a terra. Això representaria una avantatge, donat que podria fugir dels predadors i alhora caçar amb major facilitat. Fins avui, les anàlisis dels fòssils han donat com a resultat dos treballs publicats a Nature. El primer fa èmfasis en les extremitats mentre que al segon s’han centrat en el crani. I qui sap si aquest animal ens reserva més sorpreses, però de moment sembla ser una de les baldes perdudes de l’evolució, per pena de tots aquells creacionistes, que ens permet posar una data al moment que els animals vàrem deixar el mar per fer cap a la terra.

Et deixo un vídeo en el que pots veure l'Àlbum de vacances d'aquest peixet tan simpàtic (em pregunto que tal estaria a la planxa amb all i julivert)

Es poden heretar les experiències? (L'altra cara de l'evolució)

“Creus que algun dia serà possible que els nostres fills heretin les nostres experiències?”. La pregunta em va sorprendre i, fins a cert punt, em va resultar evident. L’herència és fruit de la transmissió dels gens barrejats del pare i la mare, si la seva dotació genètica és constant durant tota la seva vida (obviant les possibles mutacions), com és possible que puguin transmetre tot allò que han viscut entre el seu naixement i el del fill?. La resposta, en principi, hauria de ser no ... no???

Pos no!. És evident que allò que fem durant la nostra vida es pot reflectir en la nostra descendència, sobretot ho tenim ben assumit pel que fa els mals hàbits com fumar, beure, drogar-se, i actualment fins i tot la dieta .... sabem que poden afectar la nostra descendència. Però tendim a pensar que els efectes tenen lloc només durant el període de gestació. No obstant, diferents estudis apunten cap a una altra direcció,amb força més implicacions per la descendència, indicant que tot allò que fem o patim durant la vida pot deixar una petjada genètica transmissible a les futures generacions. La majoria d’aquests estudis parteixen del repte de voler explicar per que s’hereten certes malalties que no tenen “component hereditari”. Malalties com l’esquizofrènia, certs càncers “familiars” o fins i tot la pandèmia actual d’obesitat segueixen patrons clarament hereditaris, però no s’ha pogut identificar cap component genètic associat. Com pot ser?

La resposta (al menys parcial) la trobem en el que es coneix com “epigenètica”, l’estudi de com es modula l’expressió dels nostres gens, quins gens estan actius o inactius o en quin grau s’estan expressant. Cada cèl·lula al nostre cos te exactament els mateixos gens, però depenent de quins estiguin “encesos” o “apagats” o si es troben més o menys actius, la cèl·lula és del fetge o d’un òrgan tant diferent com un ull ... o li surt una cueta i es mou, transformar-se en espermatozoo. El que modula el patró d’expressió gènica dins una cèl·lula són diferents processos químics i físics. Per que un gen s’expressi cal que la maquinària cel·lular de transcripció pugui accedir “físicament” al gen, doncs aquest es pot trobar empaquetat en l’estructura de cromatina. Per exposar-lo a les proteïnes, RNAs i altres components que expressaran el gen cal tot un arsenal de components i processos que afegeixen o treuen grups metil al DNA o acetil a les histones (proteïnes que empaqueten el DNA) entre altres canvis. El resultat final serà el mateix que si agafem un paper rebregat com una pilota (i per tant il·legible) i l’obrim i l’allisem, tenint accés al que hi ha escrit.

Figura 1: Cal "desempaquetar" els gens per que puguin ser llegits per la maquinària que els expressa. Alguns canvis com la metil·lació actuen com a impediments "físics", evitant que la maquinària de transcripció actui sobre el gen, d'aquesta manera es silencia l'expressió.

Pel que sembla aquests canvis epigenètics, que són constants – i necessaris - al llarg de la nostra vida poden ser transmesos a la descendència. És el cas de l’esquizofrènia. Durant molt de temps s’ha debatut com és possible que sigui hereditària si no s’ha trobat cap gen o mutació associada. Una possible resposta la va publicar aquest Març Arturas Petronis i col·lboradors, del Centre for Addiction and Mental Health de Toronto. Al analitzar mostres de 35 esquizofrènics va trobar un patró epigenètic diferent del “normal” implicant l’expressió de 40 gens, la majoria controlant l’expressió de neurotransmissors i altres processos cerebrals. La sorpresa va arribar en trobar els mateixos canvis a l’esperma. D’aquesta manera es troba una explicació plausible al component hereditari de l’esquizofrènia, que no te a veure amb els gens en si, sinó en com es modulen, en l’epigenètica.

Serà l'epigenètica la causa de la plaga d'obesitat que s'estén pel primer món?

Al 2005, Matthew Anway de la Universitat de Idaho van exposar un grup de rates al perniciós fungicida vinclozolin. Com a resultat es va observar un increment en la incidència del càncer i en defectes al ronyó. I aquests efectes van perdurar durant tres generacions. Quina era la causa? Una mutació segurament ... No ... cap mutació, cap canvi en els gens, només diferències en el patró de metilació del DNA. L’any següent, a la University of Mariland, a Baltimore, van observar que ratolins exposats a cocaïna van passar els problemes de memòria a la seva descendència. La raó? Un cop més la metilació del DNA de l’esperma.

Al 2000, Randy Jirtle de la Duke University de Durham va dur a terme un experiment dels que es coneixen com a trencadors. Va utilitzar ratolins amb el gen conegut com agouti, que causa una obesitat exagerada en aquests animals, així com tendència a la resistència a insulina i al càncer. Van fer que la dieta de les femelles fos rica en grups metil i temps després les van fer procrear. El resultat va ser una descendència de ratolins prims. Tots conservaven el gen agouti, no hi havia canvis genètics, però es trobava silenciat per un munt de grups metil que s’hi trobaven associats. Era el primer cop que es canviava de forma deliberada l’herència sense canviar la genètica.

Hem vist doncs com les “lleis” de l’herència estan sent reescrites, tornant als criticats conceptes de Lamarck. I no només les lleis, l’herència en si mateixa es pot reescriure ja que allò que menjem, respirem i vivim és potencialment transmissible a la nostra descendència. Avui tornem a replantejar-nos preguntes que semblaven solventades com “Per què les girafes tenen el coll tant llarg?”. I ens generem noves preguntes com: Si som esportistes, resultaran més forts o més resistents els nostres fills gràcies a l’epigenètica? Si exercitem el nostre cervell durant tota la vida, seran els nostres fills més intel·ligents o tindran més facilitat per l'aprenentage?.

Com deia Maximus Decimus (tot i que no parlava d'epigenètica): “El que fem avui te el seu eco a l’eternitat” ... o al menys en unes quantes generacions ;).

Evolució a una placa petri

Cadascú mata el temps d’espera als aeroports com pot. L’altre dia vaig decidir comprar la Scientific American, passar-me per l’Starbucks coffe i pendrem un Caffé latte extra espresso mentre llegia amb avidesa la revista. Tot plegat, i mirat així, em faig fàstic a mi mateix per lo pedant i lo ianqui que queda el que acabo d’escriure (podeu fotre’m calbots quan em veieu). El tema és que em va indignar profundament llegir un article breu sobre un grup de recerca espanyol, publicat recentment a PNAS. No m’indigna ni que siguin espanyols ni que publiquin al PNAS, sinó que hagi de llegir la notícia a una revista de divulgació americana (He buscat a la investigación y ciencia, a la muy interesante i la omnis cellula i no he trobat res sobre el tema, tot i que la noticia la va transmetre l’agència EFE i surt reflectida a una nota de premsa del CSIC tampoc trobo res ni al mundo ni a ElPais ... total, que ja us la poso aquí). Aquesta podria ser una mostra més de la importància que se li dona a la ciència al nostre país.

El treball en qüestió:

Alfonso Navas, Guillermo Cobas, Miguel Talavera, Juan Ayala, Juan López y José Luis Martínez. Experimental validation of Haldane's hypothesis on the role of infection as an evolutionary force for Metazoans. PNAS, 13-17 agost de 2007.

Al 2001, aquests científics volien comprovar com els caenorhabditis elegans (alias c.elegans) que podeu veure a la figura 1 eren anihilats pel bacteri infecciós Pseudomonas aeruginosa. Una setmana després, van quedar sorpresos de veure que a una de les 152 plaques petri usades en l’experiment, tot un munt de C.Elegans remenava com si res. Al principi van pensar que era un error (jeje, com no?). Però els següents experiments van demostrar que els supervivents d’aquella placa no només eren immunes a la infecció, sinó que a més podien subsistir alimentant-se dels temuts bacteris.

Figura 1. Imatge dels c. elegans ... els cucs simpàtics

Comparats amb els seus predecessors, els nous cucs són de moviments extra lents i consumeixen un 30% menys d’oxigen. Pel que sembla, això es deu a un canvi radical en els mecanismes de respiració, que es basen en enzims diferents als utilitzats pels progenitors dels nous c.elegans. De fet, els nous mutants tenen fins a set canvis proteics respecte als cuquets originals. En el cas d’altres nemàtodes, aquest número de divergències és suficient com per parlar d’espècies diferents. No obstant, els autors diuen que no ho consideren com una nova espècie, però que està molt a prop de ser-ho. És evolució en directe i dins una placa de petri.

Tot i que mai abans s’havia vist una evolució tant frenètica, ja es sospitava que les malalties infeccioses podien jugar un paper clau en l’evolució d’algunes espècies (conegut com a Haldane's hypothesis). Sense anar més lluny, es creu que a l’Àfrica coneixen bé les conseqüències d’aquest tipus de selecció natural. A certes poblacions africanes es dona una persistència insòlita de glòbuls vermells falciformes (figura 2), que pot causar un tipus d’anèmia letal.

Figura 2. Un glòbul vermell falciforme al costat de cèl·lules sanes vist amb SEM.

Es creu que aquesta persistència es deu a la resistència que confereixen les cèl•lules falciformes front la malària, una plaga que s’enduu milers de vides cada any. Estadísticament, els individus amb cèl•lules falciformes tenen 1/10 menys probabilitat de contraure la malària que els individus amb glòbuls vermells normals. Ara, gràcies a aquests cucs tant fastig ... simpàtics, podem comprovar al laboratori el paper de les malalties en la selecció de les espècies.