HIPOTESIS DE OPARIN

Aleksandr Oparin

Alexander Oparin se graduó en la Universidad Estatal de Moscú en 1917. En 1924 comenzó a desarrollar una hipótesis acerca del origen de la vida, que consistía en un desarrollo constante de la evolución química de moléculas de Carbono en el caldo primitivo. La hipótesis de Oparin fue retomada por Stanley Miller, que puso en práctica el experimento en el que lograba crear parcialmente materia orgánica a partir de materia inorgánica.

En 1935 fundó el Instituto Bioquímico RAS y en 1946 fue admitido en la Academia de Ciencias de la URSS. En 1970 fue elegido presidente de la Sociedad Internacional para el Estudio de los Orígenes de la Vida. Está enterrado en el Cementerio Novodévichi, en Moscú.

Teoría del origen de la vida

Fue una de las teorías que se propusieron a mediados del siglo XX para intentar responder a la pregunta: ¿cómo surgió la vida?, después de haber sido rechazada la teoría de la generación espontánea.

Gracias a sus estudios de astronomía, Oparin sabía que en la atmósfera del Sol, de Júpiter y de otros cuerpos celestes, existen gases como el metano, el hidrógeno y el amoníaco. Estos gases son sustratos que ofrecen carbono, hidrógeno y nitrógeno, los cuales, además del oxígeno presente en baja concentración en la atmósfera primitiva y más abundantemente en el agua, fueron los materiales de base para la evolución de la vida.

Para explicar cómo podría haber agua en el ambiente ardiente de la Tierra primitiva, Oparin usó sus conocimientos de geología. Los 30 km de espesor medio de la corteza terrestre constituidos de roca magmática evidencian, sin duda, la intensa actividad volcánica que había en la Tierra. Se sabe que actualmente es expulsado cerca de un 10% de vapor de agua junto con el magma, y probablemente también ocurría de esta forma antiguamente. La persistencia de la actividad volcánica durante millones de años habría provocado la saturación en humedad de la atmósfera. En ese caso el agua ya no se mantendría como vapor.

Oparin imaginó que la alta temperatura del planeta, la actuación de los rayos ultravioleta y las descargas eléctricas en la atmósfera (relámpagos) podrían haber provocado reacciones químicas entre los elementos anteriormente citados. Esas reacciones darían origen a aminoácidos, los principales constituyentes de las proteínas, y otras moléculas orgánicas.

Las temperaturas de la Tierra, primitivamente muy elevadas, bajaron hasta permitir la condensación del vapor de agua. En este proceso también fueron arrastradas muchos tipos de moléculas, como varios ácidos orgánicos e inorgánicos. Sin embargo, las temperaturas existentes en esta época eran todavía lo suficientemente elevadas como para que el agua líquida continuase evaporándose y licuándose continuamente.

Oparin concluyó que los aminoácidos que eran depositados por las lluvias no regresaban a la atmósfera con el vapor de agua, sino que permanecían sobre las rocas calientes. Supuso también que las moléculas de aminoácidos, con el estímulo del calor, se podrían combinar mediante enlaces peptídicos. Así surgirían moléculas mayores de sustancias albuminoides. Serían entonces las primeras proteínas en existir.

La insistencia de las lluvias durante millones de años acabó llevando a la creación de los primeros océanos de la Tierra. Y hacia ellos fueron arrastradas, con las lluvias, las proteínas y aminoácidos que permanecían sobre las rocas. Durante un tiempo incalculable, las proteínas se acumularían en océanos primordiales de aguas templadas del planeta. Las moléculas se combinaban y se rompían y nuevamente volvía a combinarse en una nueva disposición. De esa manera, las proteínas se multiplicaban cuantitativa y cualitativamente.

Disueltas en agua, las proteínas formaron coloides. La interacción de los coloides llevó a la aparición de los coacervados. Un coacervado es un agregado de moléculas mantenidas unidas por fuerzas electrostáticas. Esas moléculas son sintetizadas abióticamente. Oparin llamó coacervados a los protobiontes. Un protobionte es un glóbulo estable que es propenso a la autosíntesis si se agita una suspensión de proteínas, polisacáridos y ácidos nucleicos. Muchas macromoléculas quedaron incluidas en coacervados.

Es posible que en esa época ya existieran proteínas complejas con capacidad catalizadora, como enzimas o fermentos, que facilitan ciertas reacciones químicas, y eso aceleraba bastante el proceso de síntesis de nuevas sustancias.

Cuando ya había moléculas de nucleoproteínas, cuya actividad en la manifestación de caracteres hereditarios es bastante conocida, los coacervados pasaron a envolverlas. Aparecían microscópicas gotas de coacervados envolviendo nucleoproteínas. En aquel momento faltaba sólo que las moléculas de proteínas y de lípidos se organizasen en la periferia de cada gotícula, formando una membrana lipoproteica. Estaban formadas entonces las formas de vida más rudimentarias. Así Oparin abrió un camino donde químicos orgánicos podrían formar sistemas microscópicos y localizados (posiblemente precursores de las células) a partir de los cuales esas primitivas formas de vida podrían desarrollarse.

Y en esta línea ordenada de procesos biológicos, van avanzando con cada vez más importancia: la competencia y la velocidad de crecimiento, sobre los que actuaría la selección natural, determinando formas de organización material que es característica de la vida actual.

Crítica

Diversos genetistas han objetado el modelo gradualista de Oparin, señalando que el momento clave en la aparición de la vida debía haber representado necesariamente la aparición de los primeros genes. Hoy en día, que se conoce más acerca de la estructura química del ADN en los genes muchos científicos admiten que es evidente que haya existido un gran nivel de complejidad que debió ser alcanzado desde el comienzo de la vida.² En este sentido, ha sido señalado, por ejemplo, que en su libro de 1938, Oparin no tomó en cuenta el origen de los ácidos nucléicos, puesto que en esta época se desconocía el rol fundamental que tienen estos procesos genéticos para la vida.³

Por otro lado, es de notarse que Oparin mismo creía que era imposible reconciliar sus creencias darwinistas con la idea de una evolución gradual compleja respecto a la idea de que la vida debió haber emergido con un metabolismo autótrofo que incluía clorofila, enzimas y la habilidad de sintetizar compuestos organicos del CO2. Contrario a la creencia popular, en su panfleto de 1924, Oparín no se asumió la existencia de una atmósfera primitiva, al argumentar que los carburos serían oxidados en forma de alcoholes, aldehídos y cetonas, causando una hidrólisis de nitruros que formaría "compuestos muy complicados" de los cuales, suponía, se formarían proteínas y carbohidratos.

Experimento de Griffith

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Experimento de Griffith descubriendo el "principio de transformación" en la bacteria neumococo.

El experimento de Griffith, llevado a cabo en 1928, fue uno de los primeros experimentos que demostró que las bacterias eran capaces de transferir información genética mediante un proceso llamado transformación.

En 1928, el microbiólogo Frederick Griffith, que investigaba varias cepas de neumococo (Streptococcus pneumoniae), inyectó en ratones la cepa S y la cepa R de la bacteria. La cepa S era dañina, mientras que la rugosa (R), no lo era ya que la cepa S se cubre a si misma con una cápsula de polisacárido que la protege del sistema inmune del ser que ha sido infectado, resultando en la muerte de este, mientras que la cepa R no contiene esa cápsula protectora es derrotada por el sistema inmunitario. Cuando, inactiva por calor, la cepa S era inyectada, no había secuelas y el ratón vivía. Sorprendente

mente, al combinar cepa R (no letal), con cepa S inactivada por calor (no letal), el ratón murió. Además, Griffith encontró células de cepa S vivas. En apariencia la cepa R se convirtió en cepa S. Este hallazgo no se pudo explicar, hasta que en 1944 Avery, MacLeod, y McCarty, cultivaron cepa S y:

1. Produjeron extracto de lisado de células (extracto libre de células).
2. Tras eliminar los lípidos, proteínas y polisacáridos, el estreptococo aún conservó su capacidad de replicar su ADN e introducirlo en neumococo R.

La inactivación por calor de Griffith habría dejado intacto el ADN de los cromosomas de las bacterias, que era el causante de la formación del gen S, y podía ser liberado por las células destruidas e implantarse en cultivos sucesivos de cepa R.

¿En qué consistió su experimento?

El 20 de julio de 1890 Frederick Griffith, investigando una enfermedad infecciosa mortal, la neumonía, estudió las diferencias entre una cepa de la bacteria Streptococcus pneumoniae que producía la enfermedad y otra que no la causaba. La cepa que causaba la enfermedad estaba rodeada de una cápsula (también se la conoce como cepa S, del inglés smooth, o sea lisa, que es el aspecto de la colonia en las placas de Petri). La otra cepa (la R, de rugosa, que es el aspecto de la colonia en la placa de Petri) no tiene cápsula y no causa neumonía. Griffith inyectó las diferentes cepas de la bacteria en ratones. La cepa S mataba a los ratones mientras que la cepa R no lo hacía. Luego comprobó que la cepa S, muerta por calentamiento, no causaba neumonía cuando se la inyectaba. Sin embargo cuando combinaba la cepa S muerta por calentamiento, con la cepa R viva, es decir con componentes individuales que no mata a los ratones e inyectaba la mezcla a los ratones, los ratones contraían la neumonía y morían; en la sangre de estos ratones muertos Griffith encontró neumococos vivos de la cepa S. Es decir que en las bacterias S muertas había “algo” capaz de transformar a las bacterias R, antes inocuas, en patógenas y este cambio era permanente y heredable. Este "algo" fue aislado; luego se encontró que era ADN. Las bacterias que se taislaban de los ratones muertos poseían cápsula y, cuando se las inyectaba, mataban otros ratones. Frederick Griffith fue capaz de inducir la transformación de una cepa no patógena Streptococcus pneumoniae en patógena. Griffith postuló la existencia de un factor de transformación como responsable de este fenómeno.

El problema que quería investigar con su experimento

Frederick Griffith en la virulencia (capacidad de infectar y producir enfermedad) de las bacterias causantes de la neumonía, llamadas Streptococcus pneumoniae. Este experimento marca el inicio de la investigación hacia el descubrimiento del ADN como material genético.

¿Por qué utilizó células muertas?

Porque necesitaba comprobar que era lo que ocurría si éstas se ponían en contacto con células vivas, trató de probar si volvían a ser peligrosas para el organismo de las ratas.

¿Qué transformación experimentan las cepas al estar en contacto con células muertas?

La cepa virulenta pese a estar inactivada por calor, presenta su material genético intacto. La cepa no virulenta mediante mecanismos de transformación incorpora el material genético de la cepa inactivada y lo expresa produciendo la cápsula.

Conclusiones

El principio de transformación observado por Griffith era el ADN bacteria de cepa S (virulenta). Si bien la bacteria había muerto, su ADN sobrevivió al proceso de alta temperatura y fue tomado por la bacteria R (inofensiva). EL ADN de la cepa S contiene los genes que forman la cápsula de protección de polisacárido. Equipado con este gen, la cepa de bacteria R estaba ahora provista de protección frente al sistema inmune del animal y por lo tanto podía matar al animal. La naturaleza exacta del principio de transformación de ADN fue verificada en los experimentos realizados por Avery, McLeod y McCarty, y por Hershey y Chase.