Desde el descubrimiento de que el ADN codifica información genética, la investigación sobre la evolución de la vida se ha centrado en sus orígenes genéticos. Siguiendo este enfoque de «los genes primero», el biólogo evolutivo de la Universidad de Oxford Richard Dawkins ha sostenido en su libro El gen egoísta que las células y los organismos evolucionaron simplemente como envolturas cada vez más eficientes para proteger y transmitir genes.
Pero este punto de vista centrado en los genes pasa por alto muchas cosas. Todas las células comparten tres orgánulos, o estructuras internas, además de los cromosomas que contienen genes: los ribosomas, que contienen la maquinaria para traducir la información genética en las proteínas que realizan el trabajo celular; una membrana celular que permite selectivamente la entrada y salida de materiales; y los acidocalcisomas, que almacenan y regulan los iones que impulsan las reacciones químicas de la vida.
Cuestionamos el concepto del «gen egoísta» y proponemos, en cambio, que, si algún componente celular es «egoísta», deben ser los ribosomas. Sostenemos que las células —y el propio ADN— evolucionaron para optimizar el funcionamiento de los ribosomas. Esto trastoca todo lo que creemos saber sobre la evolución de la vida celular y de los propios ribosomas.
¿Qué quiere el ADN?
Llegamos a esta idea gracias a una colaboración entre padre e hija que comenzó cuando Meredith volvió a leer el libro de Robert de 1989, Descubriendo. A mitad del libro, Meredith levantó la vista y preguntó: «¿Qué quiere el ADN?»
Aunque pueda parecer extraño antropomorfizar una molécula, en realidad esta es una estrategia de descubrimiento sugerida en el libro de Robert. Además, los científicos suelen expresar la teoría del gen egoísta, en forma abreviada, así: «El ADN quiere replicarse».
Los químicos emplean una metáfora distinta cuando antropomorfizan las moléculas. Dicen que las moléculas «quieren estar en su conformación de menor energía». Esto significa que, al igual que las personas, las moléculas energéticas pasan por muchas posiciones, pero siempre regresan a una posición de reposo.
La posición de reposo del ADN consiste en estar muy estrechamente enrollado, con sus genes inaccesibles. El ADN en reposo es tan estable que puede proteger sus genes durante 10.000 años o más, lo que permite a los científicos recuperar ADN de mamuts congelados. No se trata de una molécula que ansíe dispersar sus genes, sino de una que quiere conservarlos permaneciendo enrollada en un nudo.
Razonamos que la estructura celular que quiere copiar genes y convertirlos en las proteínas que componen células funcionales son los ribosomas. El estado de reposo de un ribosoma es: «Estoy listo para traducir ADN en proteínas». Los ribosomas «quieren» convertir genes en moléculas funcionales.
¿Qué quieren los ribosomas?
La gran pregunta, por analogía con la teoría del «gen egoísta», pasó entonces a ser: ¿Podrían los ribosomas «querer» hacer copias de sí mismos? Si quisieran copiarse, albergarían los medios para hacerlo.
Para entender qué necesitarían los ribosomas para copiarse, hace falta cierta información sobre su estructura y función. Los ribosomas están compuestos por proteínas y ARN, que es estructuralmente similar al ADN y existe en tres formas distintas. Una es el ARN ribosómico, o ARNr, que constituye un armazón estructural sobre el que las proteínas se organizan para formar una «máquina» ribosómica funcional. Esta «máquina» utiliza los otros dos tipos de ARN para fabricar proteínas. El ARN mensajero, o ARNm, transcribe la información genética del ADN y la lleva al ribosoma. El ARN de transferencia, o ARNt, traduce el mensaje del ARNm en aminoácidos, que se enlazan en el ribosoma para formar una proteína.
Si un ribosoma «quiere» hacer copias de sí mismo, el ARNr que forma la estructura en el núcleo de la máquina ribosómica tendría que ser funcional. Para que esto fuera así, el ARNr tendría que contener tres cosas. Primero, tendría que contener los «genes» que codifican sus propias proteínas ribosómicas, para poder formar una «máquina» funcional. Segundo, tendría que contener los ARNm necesarios para llevar su propia información genética a la «máquina». Por último, tendría que codificar los ARNt necesarios para traducir los ARNm en proteínas.
En un artículo reciente publicado en Journal of Theoretical Biology, hemos demostrado que el ARNr sí contiene vestigios de los ARNm, los ARNt y los «genes» que codifican su propia estructura y función proteicas. Los ribosomas no son simplemente traductores pasivos de genes, como se describe en los libros de texto. Creemos que son el eslabón perdido entre las moléculas prebióticas simples y LUCA, el Último Ancestro Común Universal unicelular, considerado el primer ser vivo de la Tierra.
El ADN evolucionó para conservar y proteger la información codificada originalmente en el ARNr. Las células y los organismos han evolucionado para optimizar la replicación de los ribosomas, y estos son casi iguales en todas las especies. Quizá el ribosoma egoísta dé un nuevo sentido a sentir afinidad con otras criaturas. Todos somos simplemente distintos tipos de hogares para los ribosomas.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autores: Robert Root-Bernstein (doctorado por la Universidad de Princeton) es profesor de fisiología en la Universidad Estatal de Michigan. Meredith Root-Bernstein es investigadora posdoctoral en el Departamento de Biociencias de la Universidad de Aarhus.
Imagen: Se ve una doble hélice de ADN en una ilustración artística sin fecha, difundida por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano a Reuters el 15 de mayo de 2012. REUTERS.