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domingo, 22 de mayo de 2016

Los 20 aminoácidos de la Vida

No dejan de impresionarme las sorpresas de la Naturaleza que va desvelando la Ciencia.

Y algunas, aunque ya sabidas, me sorprenden cada vez que las vuelvo a recordar porque alguien me lo dice, porque lo leo en algún sitio o porque lo veo de nuevo en un documental.

Una de esas cosas sorprendentes es la que he leído hoy en un libro: todos los seres vivos de la Tierra, desde las más pequeñas bacterias hasta los más complejos vertebrados superiores, incluido el ser humano, ESTAMOS HECHOS DE LOS MISMOS VEINTE TIPOS DE LADRILLOS, es decir, de los mismos veinte aminoácidos, aunque la cifra de aminoácidos distintos posibles es de millones, por no decir infinitos. Es una cuestión de combinatoria y las combinaciones posibles, descartadas algunas por obviamente inconvenientes, es de miles y hasta millones. Pero la Naturaleza se ha conformado con sólo VEINTE  de esas moléculas que llamamos "aminoácidos". ¿A qué se debe esto?

(A modo de símil, supongamos una ciudad inmensa, como Tokio, donde todas la casas, calles, fuentes, puentes, el metro, etc. estuviera toda ella hecha con sólo 20 tipos de piezas de construcción: ladrillos, losetas, baldosas, tejas, bloques, etc. pero entre todas ellas no habría más de 20 modelos. ¿No sería sorprendente que los habitantes o los arquitectos no hubieran buscado nuevos tipos de elementos constructivos y se hubieran conformado durante millones de años con usar los mismos 20 elementos?)

A la luz de la razón, que es la única luz bajo la que se mueve la Ciencia, esto tiene un significado claro: todos los seres vivos actuales procedemos de un ancestro común, el cual ya contaba con esos únicos 20 aminoácidos distintos como ladrillos que formaban su ser.

Leo en el libro "Las 1.001 cosas que todo el mundo debería saber sobre la Ciencia", de James Trefil (RBA Editores S.A., 1993):
Todas las proteínas en los sistemas vivos de la Tierra están compuestas por sólo veinte aminoácidos distintos. Cada proteína que aparece en cualquier sistema vivo de nuestro planeta está formada por diferentes combinaciones de los mismos veinte aminoácidos básicos, pese al hecho de que pueden fabricarse muchos más tipos de aminoácidos en el laboratorio. Los nombres de los veinte básicos son:

glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, serina, treonina, ácido aspártico, ácido glutámico, lisina, arginina, asparagina, glutamina, cisteína, metionina, fenilalanina, tirosina, triptófano, histidina y prolina.

¿Por qué esos veinte aminoácidos? Hay dos escuelas de pensamiento. Una sostiene que es esencialmente accidental, que la primera célula se formó con esos veinte aminoácidos, y a que apartir de ahí la vida y en consecuencia todos sus desarrollos tuvieron los mismos veinte aminoácidos. Llamamos a esto la escuela de pensamiento del "accidente congelado". La otra escuela de pensamiento sostiene que existe alguna ley, aún desconocida, que hace que esos veinte aminoácidos en particular sean la combinación óptima para los sistemas vivos. Podemos llamar a ésta la escuela de la "ley bioquímica". Por el momento, yo personalmente me inclino hacia el punto de vista del "accidente congelado", pero no me sorprendería si sus oponentes demostraran tener razón.

¿No es maravilloso?

Es como, si en cierto modo, todos los seres vivos sobre la Tierra fuéramos primos unos de otros, en mayor o menor grado de parentesco, pero parientes de todas formas. (Hoy contemplaba unas hierbas que se han hecho altas junto al sitio donde trabajo y pensaba: "esas plantas tienen un antepasado común conmigo". De alguna forma me hacía sentir más cariño hacia ellas, sintiéndolas casi como de la familia, y no es broma).

En un intento (osado por mi parte) de responder al misterio, a mí se me ocurren varias posibilidades, aunque reconozco que todas ellas cabrían dentro de una de esas dos escuelas de pensamiento.

1º) Que el origen de la vida en la Tierra tenga origen extraterrestre. No es una idea original mía, claro. Y esto no quiere decir que hayan venido alienígenas a sembrar la vida hace unos miles de millones de años (o tal vez sí), sino que muy bien pudieron ser "protocélulas" formadas en algún asteroide de los millones que bombardearon la Tierra desde su formación. Esas protocélulas dispondrían de pocos aminoácidos en su sustrato rocoso (aquello no sería una sopa rica en todo tipo de moléculas) y esto pudo hacer que el origen de la vida estuviera basado en un puñado de esos aminoácidos.

Al alcanzar nuestro planeta y caer en la "sopa primordial" que eran los mares de esa Tierra recién formada y todavía en acreción, mares ricos en moléculas de todo tipo y, por supuesto, casi todas orgánicas, pudieron reproducirse a placer, pero manteniendo el limitado conjunto de esos 20 aminoácidos que ya constituían la base de su estructura vital.

Esta teoría estaría dentro del "accidente congelado" y, por supuesto, tiene muchos flecos.

2º) Que los aminoácidos "elegidos" representen un estadio de energía muy bajo, siendo sabido que la Naturaleza tiene predilección por los estados de mínima energía, para quedarse allí instalada cuando los encuentra. Esto pudo ocurrir en los orígenes (la "sopa primordial") de modo que ese sistema de 20 aminoácidos era lo suficientemente estable como para no aparecer otro u otros que pudieran hacerle competencia.

Una ramificación de esto es que pudo haber varios conjuntos de aminoácidos en el origen de la vida pero, por selección natural, proliferó y finalmente dominó y perduró el más adaptado o adaptable (el de los 20 que conocemos), expulsando a los otros del tablero de juego que es la vida en la Tierra. Al desaparecer en estadios muy primordiales de la vida en la Tierra, la existencia de esos otros conjuntos de aminoácidos sería muy difícil de probar ahora al ser igualmente difícil encontrar hoy día restos de esos sistemas (probablemente no más complejos que amebas o bacterias).

Estaríamos dentro de la escuela de "ley bioquímica".

(Un caso parecido es el de la Humanidad que conocemos, que ha quedado como única representante del género Homo, aunque sabemos por fósiles que ha habido varias otras especies Homo, algunas desaparecidas tan sólo hace 30-35.000 años, como es el caso de los neanderthales. Todas han desaparecido por causas de momento desconocidas, pero muy bien pudo tener algo o mucho que ver el propio género Homo sapiens  en su eliminación).

En todo caso, es un apasionante rincón de la Ciencia que nos permite elucubrar sobre qué misterios encierra, sin necesidad de llegar a caer en esoterismos, a los que tan dados son las personas con poca o mediocre formación en Ciencia.

Si tienes alguna teoría (seria) más de porqué han llegado a ser esos 20 aminoácidos y no otros, estaría bien que lo dejaras apuntado en los comentarios para que los demás reflexionemos sobre qué parte de verdad puede contener.

jueves, 7 de abril de 2016

Neandertales y humanos

[Fuente: Yahoo Noticias]

Madrid, 7 abr (EFE).- Neandertales y humanos modernos se cruzaron al menos en dos grandes momentos y lograron reproducirse, pero con dificultades, según el análisis del cromosoma Y de un neandertal de El Sidrón (Asturias), que revela incompatibilidades genéticas entre ambos grupos humanos y datos sobre la separación de sus linajes.

Los resultados de este análisis genético, en profundidad y por primera vez de fragmentos de un cromosoma Y, neandertal se publican en la revista American Journal of Human Genetics, en un artículo que firman científicos de la Universidad de Stanford (EEUU) y del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva (Alemania).

Cráneos neandertal (izqda.) y humano (dcha.). Fuente: Yahoo Noticias

El estudio arroja luz sobre la relación entre los individuos de la especie Homo neanderthalensis y los humanos modernos, Homo sapiens, y constata, por una parte, que los linajes de neandertales y sapiens se separaron hace unos 590.000 años -una tesis coincidente con otros trabajos basados en cromosomas no sexuales- y, por otra, que si bien los humanos modernos hoy tienen trazas genéticas de ADN neandertal -entre un 2,5 y 4 %-, no poseen genes de su cromosoma Y.

El cromosoma Y es uno de los dos cromosomas sexuales humanos. A diferencia del cromosoma X, el cromosoma Y se transmite exclusivamente de padres a hijos y este trabajo pone de manifiesto que este cromosoma en los neandertales es único.

"El cromosoma Y de los neandertales es ancestral, por lo que no proviene de los humanos modernos pero tampoco de otros grupos más arcaicos", detalla a Efe en conversación telefónica Sergi Castellano, del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva y uno de los autores del trabajo.

Los estudios publicados en los últimos cinco años establecen que la hibridación entre neandertales y sapiens se dio al menos en dos grandes ocasiones: una hace unos 60.000 o 65.000 años (de este último cruce proviene nuestra pequeña herencia genética neandertal) y otra hace entre unos 100.000 o 120.000 años (esta última se constató en un artículo reciente publicado en Nature y dirigido por Castellano).

"Sabemos que los dos se encontraron varias veces y cabía la posibilidad de que el cromosoma Y neandertal viniera de otro grupo, pero no viene ni de los humanos modernos ni de un grupo arcaico", según el investigador catalán, quien añade que este trabajo además sugiere que el cromosoma Y neandertal desapareció del genoma humano hace tiempo.

Una posible explicación a esto último es que los genes del cromosoma Y neandertal podrían haber desaparecido de la diversidad genética humana simplemente por casualidad a lo largo de milenios.

Otra, que los cromosomas Y neandertales incluyan genes que son incompatibles con otros genes humanos modernos. Precisamente este trabajo de Castellano, del venezolano Carlos Bustamante y del argentino Fernando Méndez (estos dos últimos de la Universidad de Stanford) presenta pruebas en esta dirección.

Los investigadores hablan de varios genes que se distinguen en neandertales y son incompatibles, entre ellos uno vinculado con el rechazo de órganos trasplantados cuando la donación que se produce es de hombres a mujeres, según una nota de Stanford.

Pero no solo. Este estudio también plantea otra posible incompatibilidad: una respuesta inmune en la madre que provocaría abortos espontáneos de fetos masculinos (portadores de esos genes cromosómicos Y).

Los repetidos abortos de estos fetos explicaría la ausencia de cromosoma Y en humanos modernos: "Aunque sabemos que se podían reproducir entre ellos, y lo hicieron, estamos empezando a ver que debía haber una serie de dificultades que hacían que la reproducción no fuera tan fácil. Hay que seguir investigando", según Castellano.

"La hipótesis es que el cromosoma Y neandertal puede ser que no sea compatible con el genoma humano" moderno, concluye por su parte Bustamente, quien considera los resultados "fascinantes".

Para llegar a estas conclusiones, los investigadores usaron datos de una secuenciación genética previa. En 2014 secuenciaron el exoma -parte del genoma que codifica para las proteínas- de dos neandertales del yacimiento de la cueva de El Sidrón, en Asturias, y otro de la cueva de Vindija (Croacia).

Entonces quedaron algunas secuencias cromosómicas de los neandertales de El Sidrón por analizar en detalle, que ahora se han usado.

miércoles, 12 de noviembre de 2014

Un antiguo ADN ruso arroja luz sobre los cruces con neandertales


Por Will Dunham | Reuters – dom, 9 nov 2014

WASHINGTON (Reuters) - El ADN extraído del esqueleto de un hombre que vivió en Rusia hace unos 37.000 años está dando a los científicos un nuevo enfoque de la historia genética de los europeos, en relación a los cruces que tuvieron lugar con los neandertales hace más de 50.000 años.

Los científicos dijeron que emplearon el ADN de la tibia izquierda del hombre para secuenciar el genoma de uno de los europeos más viejos conocidos.

El análisis genético del hombre de Kostenki, llamado así por el pueblo ruso en el que se encontró su esqueleto, desenterrado hace 60 años, permite una estimación más precisa sobre cuándo se cruzaron el homo sapiens y el neandertal, que había colonizado la zona miles de años antes.

También da más pruebas del contacto antes de lo que se pensaba anterioremente entre los europeos cazadores-recolectores y las personas de Oriente Próximo cuyos descendientes desarrolaron la agricultura.

Y demostró que cuando el hombre vivía en lo que ahora es Kostenki, en el oeste de Rusia, hace entre 36.200 y 38.700 años, la gente que poblaba Eurasia ya se había dividido del linaje que poblaba el este de Asia.

El estudio de un ADN humano tan antiguo, facilitado por los avances tecnológicos de los últimos años, está permitiendo a los científicos desvelar momentos que allanaron el camino a las poblaciones humanas modernas. El suyo es el segundo genoma más antiguo de la especie que se haya secuenciado.

"Mostramos que este individuo está relacionado con los europeos modernos. También mostramos que gran parte de la estructura genética presente en la Europa de hoy se remonta al menos al tiempo en el que vivió este individuo", dijo Rasmus Nielsen, profesor de biología computacional en la Universidad de California, Berkeley, y la Universidad de Copenhague.

"Pensamos que estos componentes (genéticos) aparecen en diferentes momentos en la historia europea después de que los primeros humanos modernos llegaran a Europa. Y ahora podemos ver que ya estaban ahí desde el principio", dijo Eske Willerslev, director del Centro de Geogenética de la Universidad de Copenhague.

Cuando los ancestros de los europeos de hoy salieron de África hacia Asia y Europa hace entre 50.000 y 60.000 años, se encontraron con los neandertales. Los científicos descubrieron que el hombre de Kostenki tenía un pequeño porcentaje de genes de neandertal, confirmando que los cruces entre especies ya habían tenido lugar.

Los científicos emplearon los datos para determinar que los cruces se hicieron hace unos 54.000 años. Como resultado de la mezcla, todo el mundo con ancestros euroasiáticos - desde los chinos a hasta los escandinavos o los nativos de América – tienen parte de de ADN de neandertal.

Pero los investigadores no han encontrado pruebas de más cruces pese a que los grupos convivieron con los neandertales durante miles de años más.

Los robustos neandertales prosperaron en Europa y Asia entre 350.000 a 40.000 años, pero desaparecieron tras la llegada del homo sapiens.

Se sabe que los neandertales eran inteligentes por sus complejos métodos de caza, el uso del lenguaje hablado y de objetos simbólicos, y un sofisticado uso del fuego.

"Al principio estuvimos sorprendidos de descubrir que habían estado cruzándose. Ahora la pregunta es, ¿Por qué tan poco? Es un extraordinario descubrimiento que aún no entendemos", dijo el profesor de evolución humana de la Universidad de Cambridge Robert Foley.

La investigación se publicó en la revista Science.