¿QUÉ ES UN GEN? | CAPÍTULO 1
EL PRIMER GEN, EL DÍA QUE NACÍ

Debería iniciar este artículo citando la clásica definición de gen, pero si hiciera eso, no sería yo. Aquellos que me conocen saben que siempre me gusta enseñar a ver las cosas de otra forma.

Como Biotecnólogo siempre me ha interesado difundir el potencial de la biotecnología y me gustaría agradecer a mis compañeros la gran oportunidad que me han dado de compartir los conocimientos que he adquirido a lo largo de los años. Hoy iniciamos el primer artículo con toda nuestra ilusión. Conociendo nuestro origen nos daremos cuenta de lo relevante que es nuestra existencia.

A lo largo de nuestros artículos aprenderemos cómo funciona nuestro cuerpo, qué nos asemeja y qué nos diferencia del resto de seres vivos. Aprenderemos todo cuanto necesitemos para llegar a entender la que es la mayor de mis pasiones, el código genético, lo que somos, lo que fuimos, lo que estamos destinados a ser.


En nombre de todos los fundadores de la IniciativaBiotec os invitamos a adentraros en un mundo increíble. Esta sección, amigos y profesionales, está destinada a ellos, a los más jóvenes, y para ellos me tomaré la libertad de explicarles una historia, la historia del primer gen.


Antes de que los más pequeños puedan aprender cómo se creó el primer gen, me veo obligado a re-definir el concepto de gen y, muy probablemente, también debamos modificar sutilmente alguna que otra definición.

Para empezar, un gen se debería definir como una información almacenada mediante un modelo biológico, del tipo que fuera, con la capacidad de ser creada, guardada, editada y transmitida mediante una interfaz biológica. Dicho de otro modo, cualquier molécula biológica (orgánica) que tenga capacidad de almacenar información (datos) que posteriormente, con el tiempo, podrán ser interpretados y expresados por una interfaz biológica (organismo vivo) debería de considerarse como un gen.

Sé que esta definición casi parece pertenecer al campo de la programación informática y, como más adelante veremos, no estamos tan alejados.

Como ocurre con el código binario en un ordenador, al código genético se le aplican un conjunto de reglas que definen cómo se interpretará una secuencia.

Antes de proseguir, pensad. Seguro que sabéis que en vuestros ordenadores o teléfonos móviles, un archivo o fichero informático es un conjunto de bits, es decir, 0 y 1 que son almacenados. Un archivo es identificado por un nombre y la descripción de la carpeta o directorio que lo contiene. Una aplicación usa esos ficheros, los que necesita, para poder funcionar. Es más, normalmente existen ficheros muy importantes que todas las aplicaciones necesitan. En cambio, existen otros ficheros que sencillamente sirven para hacer funcionar una aplicación específica como podría ser el youtube, facebook o vuestro GPS. Cada aplicación necesitará ficheros generales y otros ficheros específicos para poder funcionar.

Pues bien, nuestro cuerpo funciona exactamente igual. Más adelante os enseñaremos como, en lugar de usar el código binario como hacen los ordenadores, el cuerpo humano ha aprendido a utilizar otro tipo de código. En lugar del código binario que solamente puede emplear el 0 o el 1, los seres vivos hemos aprendido a usar 4 moléculas o "caracteres" (representados por las letras A, T, G y C). De este modo, con esas cuatro "letras” o moléculas podemos construir cualquier aplicación o fichero que necesitemos. En el ser humano ese código forma exactamente 59.946 ficheros o genes que, poco a poco, se van activando y desactivando hasta encontrar la configuración perfecta para nuestro sistema operativo.

Antes de seguir, visualiza el vídeo: así funciona nuestro cuerpo

Esa configuración le permitirá funcionar o, en nuestro caso, vivir. Además, como decíamos, del mismo modo que los ficheros de un ordenador se estructuran en directorios, nuestros ficheros o genes, y el de todo organismo eucariota, también se organizan en carpetas, aunque en nuestro caso, les llamamos cromosomas. Es decir, un cromosoma es una carpeta que sirve para guardar genes que podrán ser usados por los seres vivos para funcionar. A través de nuestros artículos os enseñaremos cómo se estructuran las carpetas en distintos organismos o, incluso, cómo los organismos procariotas usan otro tipo de organizaciones que les permiten funcionar perfectamente sin la necesidad de usar cromosomas.

A continuación os mostramos una imagen donde podéis ver el cariograma o mapa citogenético de un ser humano. Este cariograma no es más que una representación ordenada del total de cromosomas de un individuo. En el cariograma se ordenan los cromosomas en función de su número, forma y tamaño. Además, cuando se tiñen los cromosomas y se examinan bajo un microscopio, se pueden observar distintos patrones de bandas claras y oscuras. Es decir, se obtiene un patrón específico para cada individuo, de forma muy parecido al código de barras de cualquier producto de supermercado. De este modo, un científico puede examinar un cariograma al microscopio y buscar en los patrones alteraciones genéticas importantes. En este ejemplo podéis contar 23 pares de cromosomas ya que todos nosotros heredamos el cromosoma 1 materno, procedente del óvulo de nuestra madre, junto con el cromosoma 1 paterno, procedente del espermatozoide de nuestro padre, así de fácil. Como nuestros ordenadores, nuestro cuerpo siempre mantiene una copia de seguridad de todos nuestros ficheros por si, alguna vez, una de ellas llegara a romperse.

By U.S. Department of Energy Human Genome Program. [Public domain], via Wikimedia Commons

Un momento, ¿hay algo un poco extraño en esa imagen? ¿Os habéis fijado en los dos últimos cromosomas? Si vais comparando de dos en dos los cromosomas humanos veréis que los más pequeños, es decir, los cromosomas 23 ¡son muy distintos entre ellos! ¿Qué sucede? ¿Está enfermo? Pues no, os presentamos al cromosoma X y al cromosoma Y, también llamados cromosomas sexuales. El cromosoma de mayor tamaño es el cromosoma X y el cromosoma de menor tamaño es el cromosoma Y. Ellos definen si seremos hombres o mujeres, en función de si hemos heredado por vía paterna un espermatozoide que contenía el cromosoma Y. Es fácil, veréis, todas las mujeres tienen dos cromosomas X, es decir, son XX. Mientras que los hombres tenemos un cromosoma X y un cromosoma Y, es decir, somos XY. Como las mujeres solamente poseen el cromosoma X no pueden trasmitir jamás el cromosoma Y. Por lo tanto, es en el hombre en el que reside la capacidad de trasmitir a su herencia el cromosoma Y, la mitad de los espermatozoides contendrán el cromosoma X y la otra mitad el cromosoma Y. Si el primer espermatozoide que fecunde al óvulo contiene el cromosoma Y, nacerá un hombre, mientras que si el primer espermatozoide que consigue llegar al óvulo contiene el cromosoma X, nacerá una mujer.

Un aspecto importante que hay que tener en cuenta es que, al igual que en vuestros ordenadores o teléfonos móviles, existen cientos de programas maliciosos (virus), que quieren infectar nuestro cuerpo y usarán todo tipo de artimañas para engañar a nuestro antivirus al que, a partir de ahora, llamaremos sistema immunológico.

By YK Times, translated to spanish by Rage against [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.php) or CC BY-SA 4.0-3.0-2.5-2.0-1.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0-3.0-2.5-2.0-1.0)], via Wikimedia Commons

A modo de ejemplo, en la imagen superior podemos ver como el virus de la gripe se camufla en una membrana idéntica a la de su huésped (en este caso una célula humana), para conseguir entrar como Caballo de Troya dentro de ella sin levantar sospechas. Ahora bien, como podéis ver en la imagen, justo después de que el virus haya conseguido escabullirse de la vigilancia, se introduce en el núcleo de la célula para tomar el control y poder utilizar toda la maquinaria celular para construir más copias de su propio código. Cuando los códigos están listos para infectar otras células, sencillamente vuelven a encapsularse con la membrana de la célula huésped y, a través de ella, deciden viajar por el cuerpo humano en busca de otras células sanas a las que infectar. Pero, como podéis ver, el virus de la gripe no es tan distinto a nosotros. Él solamente persigue una finalidad, la de perpetuar su código genético generación tras generación. En ningún momento es consciente de que, para ello, a veces, debe dañar a su huésped. Es más, si pudiera, no lo haría ya que necesita un huésped para poder "vivir". Aún así, algunos de ellos, pueden llegar a dañarnos gravemente y debemos ser precavidos y tomar precauciones para no infectarnos.

¿

Qué os parece? ¿Queréis seguir aprendiendo un poco más sobre nuestros ficheros? Pues si continuáis leyendo aprenderéis cómo se crea una aplicación en nuestro cuerpo. Es decir, qué necesita nuestro cuerpo para poder descargar, configurar o usar una aplicación determinada. ¿Tenemos distintos tipos de ficheros? ¿Todos son igual de importantes? ¿Qué puede hacer que cambie el sistema operativo?

Paciencia, todas y cada una de estas preguntas serán desveladas pero, de momento, empezaremos por el principio, porque antes necesitamos conocer los tipos de ficheros o genes principales que nuestro cuerpo puede necesitar.

A continuación os mostramos una tabla donde se muestran datos importantes sobre el genoma humano como, por ejemplo, el número de ficheros y el tipo de ficheros que usamos para funcionar. Seguid leyendo y ahora lo iremos comentando.

Número de genes anotados en la base de datos humana ENSEMBL

Información Valor
Tamaño en bases del código genético humano (Base Pairs) 3.547,121.844
Total en Giga bases, Gb (Contig length total) 3,4 Gb
Genes codificantes de proteínas (Coding genes) 20.313
Genes no codificantes de proteínas (Non coding genes) 25.180
Pseudo-Genes (Pseudogenes) 14.453
Suma de genes codificantes, no codificantes y pseudo-genes 59.946
Transcritos anotados (Gene transcripts) 199.184

D e los 59.946 ficheros que contiene nuestro código genético, tenéis que saber que 20.313 se corresponden con aplicaciones que servirán para construir herramientas que nuestro cuerpo usará. A estas herramientas se las llama proteínas y son las máquinas que nuestro cuerpo utiliza para crear. De este modo, existe una proteína que participará en la creación del pelo, otra en la elasticidad de vuestra piel, otra en el color de vuestros ojos, otra en latir de vuestro corazón, otra en la respiración y un sinfín de proteínas que, en conjunto, permiten que podamos funcionar. Nuestro código genético posee un mapa tridimensional perfecto de nuestro cuerpo que va interpretando para esculpirnos milímetro a milímetro.

Antes de seguir, visualiza el vídeo: El latido de una célula cardíaca

Nuestra intención es que reflexionéis sobre la idea que tenéis de una célula. No sé cómo os imagináis una célula. ¿Quizá como una ciudad vacía? ¿Sin movimientos? ¿Monótona? Pero, muy al contrario, cada una de nuestras células contiene un universo de vida que se desarrolla gracias a un programa que incluye toda la información necesaria para todas las rutinas o situaciones. ¿Recordáis la película de Matrix? Dentro de Matrix todo funciona de manera correcta sencillamente porque cada programa tiene una misión. Pues, en cierto modo, es así. Detrás de todo hay un programa con unas instrucciones claras e inequívocas que han de ejecutarse. De igual manera funciona nuestro cuerpo, gracias a una enorme red de proteínas, lípidos, glúcidos y moléculas que hacen justo y exactamente lo que deben de hacer. Cuando un programa deja de hacer lo que tiene que hacer, es entonces cuando enfermamos.

Antes de seguir visualiza este video: La vida. Interior de una célula

¿Por dónde íbamos? Ah sí, el vídeo! Pues bien, usaremos este cortometraje para explicaros lo que le sucede a un leucocito, también llamado glóbulo blanco, las células de defensa que actúan cuando se produce una infección. Si os fijáis bien, veréis como un objeto extraño entra en el organismo y como un leucocito debe atravesar los vasos sanguíneos para llegar hasta el punto de infección. Los alumnos de Bachillerato podréis distinguir como trabajan las proteínas receptoras, como se forman los microtúbulos de la célula y cómo el ARN mensajero viaja desde el núcleo celular, a través de los poros nucleares, hasta el citoplasma. Además, podréis contemplar estructuras reales de proteínas creadas con la máxima precisión posible utilizando la base de datos de proteínas Protein Data Bank Reader.

Las siguientes imágenes muestran las representaciónes esquemáticas de una célula eucariota animal y una célula eucariota vegetal para que os ayude a recordar.

Célula eucariota animal

Célula eucariota vegetal

A parte de ver como se activa el glóbulo blanco, es muy importante que aprovechéis para fijaros en que la membrana lipídica, que forma todas las células, no es estática, sino que es fluida y contiene moléculas que pueden ir moviéndose a través de ella. También veremos una increíble red de carreteras que sirven para dar estructura, forma y actuar a modo de túneles por donde los orgánulos pueden ir circulando. Es decir, veremos que existe una red que va desde el exterior de la célula hasta el núcleo celular que conecta y mantiene en contacto todas las moléculas. Increíbles redes de actina actúan como una tela de araña, permitiendo dibujar una estructura tridimensional perfectamente ordenada. Más adelante podremos ver como se crea un extremo de un microtúbulo de tubulina, mientras que, en su extremo opuesto, sucede justo lo contrario. Personalmente, la parte que más me gusta es cuando una proteína transportadora se va desplazando por una autopista de tubulina para llevar hasta el retículo endoplasmático una gigantesca vesícula. Si os fijáis bien, también podréis observar una estructura cilíndrica llamada centriolos, básicamente, la gran central de la Dirección General de Tráfico de nuestro cuerpo, que sirve para coordinar la creación y destrucción de todas las autopistas celulares. Observar un detalle, los mitocondrios tampoco viajan libremente por la célula, sino que usan las redes de la célula para seguir un camino, una dirección. Como os decía, nada sucede por casualidad y todo está programado.

Y, finalmente, podréis ver como los RNA mensajeros viajan desde el núcleo de la célula hasta el citoplasma donde se circularizarán, permitiendo así́ que se lleve a cabo la reacción de traducción para comenzar la síntesis proteica. Veréis como un ribosoma va sintetizando una proteína que, directamente, introduce dentro del retículo endoplasmático. Me encanta cuando vemos como, una vez más, las vesículas viajan de un orgánulo a otro a través de las autopistas, exactamente por donde deben de circular. No os preocupéis por los tecnicismos, solo son palabras. Lo importante es que entendáis que en cada célula de nuestro cuerpo, continuamente, suceden miles de cosas a la vez y, todas ellas, de una forma u otra, están programadas en nuestro ADN.

By LadyofHats. Translation by User: Parri. [Public domain or CC0], via Wikimedia Commons

Traducción del ARNm y síntesis de proteínas hecha por los ribosomas.

D icho esto. Reflexionemos. ¿Nos parecemos a nuestros padres? ¿Abuelos? ¿Bisabuelos? ¿Por qué́? Pues porque habéis heredado los rasgos de vuestros ancestros que están programados en vuestro código genético. Cada parte de vuestro cuerpo ha sido programada, probada y validada en generaciones anteriores. Sois el reflejo de vuestros padres y el espejo de vuestros hijos.

¿Por dónde íbamos? decíamos que nuestro organismo dispone de 20.313 genes que, darán lugar a proteínas funcionales que servirán para crear vuestro pelo, las uñas o la piel. Estas proteínas serán las que darán color a vuestros ojos, fuerza a vuestros músculos y vida a vuestro cuerpo. Antes de proseguir, tenéis que saber que cada proteína o máquina de vuestro cuerpo está formada por piezas, al igual que en la vida real. De este modo, el conjunto de genes contienen todas las piezas posibles que las máquinas podrán usar y nuestro cuerpo usa solo las piezas que necesita pudiendo crear un número muy elevado de máquinas parecidas a partir del mismo diseño. Imaginad una grúa ¿Cuántos tipos de grúas podemos necesitar para construir un edificio? Seguro que más de una y de diferentes tamaños. Como os imagináis, si tuviéramos un montón de piezas iniciales, juntándolas, podríamos montar casi cualquier grúa. Los genes, tienen los planos de todas las piezas, las instrucciones del montaje y las dimensiones exactas y posición de cada pieza. A los genes o ficheros que contienen información para construir proteínas les llamaremos genes o ficheros codificadores de proteínas y es el primer tipo de ficheros que usa nuestro cuerpo.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lego_technic.jpg#file

El diseño de los ladrillos LEGO puede ser sencillo. La amplia gama de piezas en el sistema de juego parece no requerir explicación. Diseñados para niños, son hechos de tal forma que requieran instrucciones de uso mínimas. Para alcanzar tal simplicidad, sin embargo, es necesaria una considerable cantidad de ingeniería y fabricación de precisión. Cada pieza es, ante todo, parte de un sistema. Cada nueva serie es absolutamente compatible con el resto del sistema. Estas características permiten que el sistema crezca y se adapte, generando un sistema de infinitas posibilidades. Lo mismo ocurre en nuestro cuerpo.

Ahora que sabéis esto comentaros que, en realidad, cada gen o aplicación posee la información para construir en promedio unas 10 grúas distintas. Es decir, al final, con los 20.313 genes podemos construir alrededor de 200.000 máquinas distintas perfectamente funcionales. ¿Cómo? Pues porque cada una de las aplicaciones que usa nuestro cuerpo puede contener varias “subaplicaciones” que serán usadas solamente cuando nuestro cuerpo tenga la necesidad.

Como decíamos, de los 59.946 ficheros con los que nacemos, 20.313 codifican para proteínas. Por otro lado, existen 25.180 genes que darán lugar a otro tipo de ficheros, en este caso, llamados genes o ficheros no codificantes (Noncoding genes). Dentro de este tipo de genes encontramos los llamados RNAs no codificantes. Los RNAs no codificantes son un tipo de ficheros que nuestro cuerpo o sistema operativo necesita para funcionar pero que no codifican para ninguna proteína conocida. Es decir, son esos ficheros que todos sabéis que se están ejecutando en vuestros ordenadores pero que jamás podéis ver. En cuanto a este tipo de ficheros, me gusta dividirlos en dos tipos. Los ficheros no codificantes vitales y los ficheros no codificantes complementarios.

Mientras que los ficheros no codificantes vitales o genes vitales son imprescindibles para la vida, los ficheros no codificantes complementarios o genes complementarios no lo son. Los genes no codificantes complementarios pueden ayudar y mejorar genes no codificantes vitales, o incluso pueden interaccionar con las proteínas para mejorar su estabilidad o su función. Aún así, por muy increíbles que parezcan, no son vitales y podríamos llegar a prescindir de ellos. En cuanto a los genes vitales, cabe destacar que solamente existen unos pocos cientos o miles que se puedan considerar "vitales". Más adelante veremos estudios donde han llegado a identificar el número mínimo de genes necesarios para hacer funcionar una célula. De allí podremos aprender cuáles y en qué medida cada uno de estos 25.180 genes pueden considerarse o no, genes vitales. Ojo, quizá nos llevemos una sorpresa. ¿Os ha pasado alguna vez que un fichero no parecía importante hasta que una aplicación lo ha necesitado? Pues es un poco lo mismo. Las cosas cambian y los cambios pueden hacer que algo prescindible se vuelva vital.

Antes de finalizar este apunte sobre los genes no codificantes, dejadme que os diga algo. Dado que algunos de estos 25.180 genes son imprescindibles para la vida, nuestro código genético incluso ha generado un complicado sistema que cuenta con permisos especiales de acceso, por lo que no cualquier usuario o programa puede acceder fácilmente a ellos para modificarlos o borrarlos. Aún así, algún día os enseñaré como los virus utilizan secuencias y regiones específicas de nuestro ADN para acceder y camuflarse en nuestro cuerpo. Los virus, mi mayor pasión, han aprendido a hackear nuestro código genético y buscan a aquellas personas que tienen una secuencia específica en su ADN que les permita infectarlas. Aquí también existe una jerarquía de permisos y accesos para los usuarios pero, aun así, algunos virus como la gripe o el resfriado común siguen hackeándonos año tras año. No obstante, existen personas con mutaciones, alteraciones en las secuencias, que les hacen immunes a estas enfermedades. Y, recordad, esas letras no darán lugar a proteínas, pero, aún así, cuán importantes pueden llegar a ser y qué poco pensamos en ellas.

By Photo Credit: Cynthia Goldsmith Content Providers(s): CDC/ Cynthia Goldsmith [Public domain], via Wikimedia Commons

Por poner un ejemplo, se conoce a personas cuyas mutaciones les permiten ser immunes al SIDA. Los genes de estas personas tienen una secuencia de ADN que no permite al virus que le infecte. Una simple letra, puede convertirnos en personas immunes al SIDA, al herpes o al Ebola (imagen).

Finalmente, de esos 59.946 genes iniciales, existen 14.453 genes o archivos que se corresponden con aplicaciones que no se acabaron de desinstalar correctamente en nuestros discos duros o cromosomas. Es decir, en un humano existen 14.453 secuencias o pseudogenes que, en teoría, no deberían de servir para nada aunque en algún momento de nuestra evolución tuvieron una función conocida pero que ya no necesitamos. Lo mismo que con nuestros ordenadores. Desinstalas una aplicación y siempre queda algún fichero que no se ha eliminado completamente. Pues justo eso. Como el código tampoco molesta, se queda ahí.

Llegados a este punto, si eres alumno de ESO deberías de recordar que la vida es una propiedad de la materia en que las estructuras moleculares llegan a un grado de complejidad tal que permite a la materia realizar las tres funciones vitales, es decir, la nutrición, la relación y la reproducción. Dicho así parece complicado pero sencillamente significa que se considera que un organismo está vivo cuando puede alimentarse, cuando puede interaccionar y relacionarse con su entorno y, finalmente, cuando es capaz de reproducirse o, lo que es lo mismo, transmitir la información genética del código que lo creó a él.

El término vida (en latín: vita), desde la biología, hace referencia a aquello que distingue a los reinos animal, vegetal, hongos, protistas, arqueas y bacterias del resto de realidades naturales. Implica las capacidades de nacer, crecer, metabolizar, responder a estímulos externos, reproducirse y morir.

Chicos, pensad una cosa. Se supone que el origen del universo tuvo lugar hace 13.700 millones de años (Ma) con el denominado y ampliamente conocido BIG BANG. En ese momento partículas sub-atómicas, también llamadas partículas elementales, que son el primer nivel de organización de la que está formada la materia se transformaron para crear átomos como el Hidrógeno o el Helio que, a su vez, se unieron para formar las primeras moléculas conocidas. Nuestro sistema solar tiene unos 12.000 millones de años, dentro de nuestra galaxia, el Sol se formó hace unos 5.000 millones de años y el sistema Tierra-Luna surgió hace unos 4.570 millones de años, ¡casi nada!

By NASA, Ryan Kaldari, adaptation to Spanish: Luis Fernández García, wiping WMAP: Basquetteur [CC0], via Wikimedia Commons

El Universo ilustrado en tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal.

¿Imagináis todo lo que tuvo que suceder para poder empezar? ¡Solo para poder empezar! Realmente increíble. Cuando la Tierra se acababa de formar, es decir, durante los primeros 170 millones de años, NO era sólida, sino que aún estaba sometida a un proceso de formación dónde, aunque ahora nos sorprenda, todos los átomos que allí se encontraban tuvieron que someterse a temperaturas de hasta 1.000 grados centígrados (ºC) en la superficie. No existía atmósfera y ni siquiera se habían creado las primeras moléculas de agua. Así fue hasta que, lentamente, la Tierra se fue enfriando. Aún así, el centro de la Tierra continuaba muy caliente, debido principalmente a abundantes y continuos impactos de meteoritos y cometas procedentes del Sistema Solar. Debido a estas condiciones, la superficie de la Tierra formaba un gran océano de magma de unos 1.000 Km de profundidad que, como decíamos, muy lentamente se fue enfriando hasta que hace unos 4.350 millones de años disminuyó la temperatura de la Tierra posibilitando que el magma cristalizara formando la primera corteza terrestre sólida de la Tierra. A su vez, la lava fundida del interior de la Tierra necesitaba salir al exterior a través de fisuras que dieron lugar a increíbles volcanes que emitían enormes cantidades de gases con vapor de agua (H2O) y otras moléculas como el dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), etc, que no podían escapar de la Tierra, puesto que la gravedad que ejercía la masa del planeta lo impedía.

By Vectorized and translated from the English version by Jeremy Kemp. Based on elements of an illustration by USGS. http://pubs.usgs.gov/publications/text/inside.php (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

Corte en sección transversal de las capas que constituyen el planeta Tierra

Durante esa época, la atmósfera de la Tierra no tenía Oxígeno, es decir, era una atmósfera reductora y anaerobia, dónde la capa de Ozono (O3) no existía. Las primeras lluvias torrenciales fueron muy duraderas y originaron un increíble océano de agua líquida. Este mar primitivo estaba sometido a rayos ultravioletas del sol que llegaban a la Tierra y traspasaban tranquilamente nuestra atmósfera provocando radiaciones, descargas eléctricas y rayos cósmicos que, en definitiva, generaron una enorme cantidad de energía que estaba destinada a alcanzar a las moléculas que ya se habían creado en el mar. Esta energía sirvió para que las moléculas inorgánicas reaccionaran entre ellas y pudieran formar los primeros enlaces químicos. Fue aquí cuando se sintetizaron las primeras moléculas orgánicas sencillas de la Tierra. De este modo, hace unos 3.500 millones de años, las moléculas simples (llamadas monómeros) se unieron con otras para formar los primeros polímeros o conjunto de moléculas. Muy probablemente, estas primeras moléculas fueron las precursoras de los actuales nucleótidos que componen los ácidos nucleicos o de los aminoácidos que forman parte de las proteínas. Es más, muy probablemente las proteínas fueron participando en procesos cada vez más complejos de auto-ensamblaje y polimerización.

Como más tarde comentaremos, de algún modo, los sistemas químicos colaboraron entre sí para conferir a una entidad las tres características básicas de la vida. Es decir, los compuestos químicos se unieron para crear un compartimiento formado principalmente por lípidos que permitirían la separación física de dos regiones con propiedades distintas entre sí. Gracias a esta propiedad, a partir de entonces, se realizarían un tipo de reacciones químicas en el interior de la partícula que, fuera de ella, eran absolutamente imposibles de realizar. Además, fue aquí cuando se inició el que podríamos llamar primer metabolismo básico, destinado a mantener un flujo de intercambio de materia y energía con el entorno.

By Jpablo cad (Own work) [CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons

Diagrama detallado de la estructura de la membrana citoplasmática y sus componentes.

Muchos cambios tuvieron que sucederse a partir de ese momento pero, lo que tenéis que recordar, es que finalmente se selecciono una molécula para ser utilizada como fichero de información genética y, a esa molécula, la llamamos actualmente ARN o ácido ribonucleótido. Esa, y no otra, fue la molécula que la vida eligió para crear al primer ser vivo. Gracias al ARN se creó́ el primer sistema químico auto-mantenido que evolucionaría hasta la actualidad. Evidentemente pasaron miles de años y, por el camino, algo sucedió...

Un momento ¿cómo sabemos esto? Pues muy sencillo, hay un modelo experimental que prueba que la vida se pudo originar de este modo y se llama, el experimento de Miller y Urey que fue llevado a cabo en 1952. Este experimento representa la primera comprobación de que se pueden formar espontáneamente moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas simples en condiciones ambientales adecuadas, y fue clave para apoyar la teoría del caldo primordial en el origen de la vida. Según este experimento la síntesis de compuestos orgánicos, como los aminoácidos, ácidos nucleicos y hasta el ATP, debió de ser fácil en la Tierra primitiva. Esa es la razón por la que las condiciones pre-bióticas de otros planetas hacen posible que hallemos fósiles bacterianos que, muy probablemente, surgieran hace miles de millones de años de la misma forma que en la Tierra. Aún así, no han sobrevivido a miles de años de condiciones abiogenéticas. Como decíamos, el experimento de Miller consistió en introducir en un recipiente al vacío moléculas sencillas de metano (CH4), amoníaco (NH3), hidrógeno (H), etc, que, al proporcionar descargas eléctricas durante una semana, daban lugar a la creación en la fase acuosa de una cantidad casi in-significativa de materia orgánica, ácidos orgánicos (ácido láctico), formaldehido (CHCHO), cianuro de hidrógeno y otros muchos compuestos.

By MUexperiment.png:Carny at he.wikipedia derivative work: Ggenellina (MUexperiment.png) [CC BY 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], from Wikimedia Commons

Experimento de Miller, llevado a cabo con Harold Urey.

¿Magia? Pues no, termodinámica, tiempo y muchísima suerte. Tanta que, probablemente, como ya sabréis, no se conoce ningún otro planeta que en la actualidad contenga vida compleja como la nuestra, ¿increíble verdad?

Como decíamos, echad cuentas, la Tierra se creó hace unos 4.500 millones de años y el proceso que hemos comentado se piensa que tuvo lugar en los primeros 1.000 millones de años ! Sólo mil millones de años, nada, un suspiro. Y todo ese tiempo sencillamente para que se crearan unas pequeñas moléculas destinadas a colonizar toda la Tierra, evidentemente, millones de años después.

No os perdáis el segundo capítulo dónde continuaremos nuestra aventura en busca del primer gen. Os esperamos en el segundo capítulo llamado, EL PRIMER GEN, EL ORÍGEN DE LA VIDA. Deseamos que os haya gustado y no olvidéis preguntar todas vuestras dudas en nuestro Facebook. Allí estaremos para responder. Muchas gracias a todos.

Marisa Larramona - Editora

Licenciada en Biotecnología (1999-2003) por la Universidad Autónoma de Barcelona, obtuvo el DEA en la misma especialidad en el año 2007. Realizó su trabajo de investigación en el campo de los genes moduladores del proceso de litiasis de la cistina en el IRO (Institut de Recerca Ongologica) del Hospital Universitario de Bellvitge.

Dr David Gallardo - Escritor

Nacido en 1981 en Castellar del Vallès, España. Forma parte de la segunda promoción de licenciados en Biotecnología de la UAB. Dr. en Producción Animal, realizó su trabajo de investigador en el campo de la mejora genética animal.

2017 Abr

¿QUÉ ES UN GEN? | CAPÍTULO 2
EL ORIGEN DE LA VIDA

Dr. David Gallardo
IniciativaBiotec  |  8 Abr, 2017

Toda la vida que existe actualmente procede de una única célula primitiva, todos los seres vivos, incluso los virus, tenemos un antecesor común, la primera célula primitiva. Según la teoría de la síntesis prebiótica, el origen de la vida en la Tierra se podría deber a la evolución química gradual a partir de moléculas basadas en el carbono. Pero... ¿Qué es la vida?