¿Qué es la vida?

 

La capacidad de evolucionar a través de la selección natural es el primer principio... para definir la vida... Depende de tres características esenciales. Para evolucionar, los organismos vivos deben reproducirse, deben tener un sistema hereditario, y ese sistema hereditario debe exhibir variabilidad. Cualquier entidad que tenga estas características puede evolucionar y evolucionará.

El segundo principio es que las formas de vida son entidades físicas delimitadas. Están separadas de sus entornos, pero en comunicación con ellos. Este principio se deriva de la idea de la célula, la cosa más simple que encarna claramente todas las características de la vida. Este principio invoca una fisicalidad de la vida, lo que excluye que los programas informáticos y las entidades culturales puedan considerarse formas de vida, aunque parezcan evolucionar.

El tercer principio es que las entidades vivas son máquinas químicas, físicas e informativas. Construyen su propio metabolismo y lo utilizan para mantenerse, crecer y reproducirse. Estas máquinas vivas están coordinadas y reguladas mediante la gestión de la información, con el efecto de que las entidades vivas funcionan como conjuntos dotados de propósito.

Juntos, estos tres principios definen la vida. Cualquier entidad que opere de acuerdo a los tres puede ser considerada como viva

… La extraordinaria química que sustenta la vida requiere de mayor elaboración para apreciar plenamente cómo funcionan las máquinas vivas. Una característica central de esa química es que está construida alrededor de grandes moléculas de polímeros, formadas principalmente de átomos de carbono enlazados.

El ADN es una de ellas y su propósito principal es actuar como un almacén de información sumamente seguro a largo plazo. Con este fin, la hélice de ADN protege su información crítica - la base de los nucleótidos - en el núcleo de la hélice, donde permanecen estables y bien protegidos. Tanto es así que los científicos que estudian el ADN antiguo han podido secuenciar el ADN obtenido de organismos que vivieron y murieron hace mucho tiempo, ¡incluyendo el ADN de un caballo que había estado congelado en el permahielo durante casi un millón de años!...

La información químicamente estable y bastante poco interesante del ADN debe ser (traducida) transformada en moléculas químicamente activas: las proteínas.

Las proteínas también son polímeros basados en el carbono, pero en contraste con el ADN, la mayoría de las partes químicamente variables de las proteínas están localizadas en el exterior de la molécula de polímero. Esto significa que influyen en la forma tridimensional de la proteína y también interactúan con el mundo. Esto es en última instancia lo que les permite realizar sus muchas funciones, construyendo, manteniendo y reproduciendo la máquina química. Y a diferencia del ADN, si las proteínas son dañadas o destruidas, la célula puede sustituirlas fácilmente fabricando una nueva molécula de proteína…

No se me ocurre una solución más elegante: distintas configuraciones de polímeros de carbono lineales producen por un lado dispositivos estables de almacenamiento de información y por otro actividad química muy variada. Me parece que este aspecto de la química de la vida es tan simple como extraordinario. La forma en que la vida combina la compleja química de los polímeros con el almacenamiento de información lineal es un principio tan convincente que especulo que no sólo es el meollo de la vida en la Tierra, sino que probablemente sea decisivo para explicar la vida en cualquier otro lugar del universo.

Alternativamente al carbono, se podría imaginar la vida basada en el silicio. Las partículas de arcilla imaginadas por Cairns-Smith se basaban en el silicio, una alternativa habitual utilizada por los escritores de ciencia-ficción cuando imaginan formas de vida de otro mundo. Como el carbono, los átomos de silicio pueden formar hasta cuatro enlaces químicos y sabemos que pueden formar polímeros: son la base de los sellantes, los adhesivos, los lubricantes y los utensilios de cocina de silicio. En principio, los polímeros de silicio pueden ser lo suficientemente grandes y variados como para contener información biológica. Sin embargo, a pesar de que el silicio es mucho más abundante en la tierra que el carbono, la vida terrestre está basada en el carbono. Puede ser, porque en las condiciones que se encuentran en la superficie de nuestro planeta el silicio no forma enlaces químicos con otros átomos tan fácilmente como el carbono, y por lo tanto no produce suficiente diversidad química para la vida.

Los virus

son entidades químicas con un genoma, algunas basadas en el ADN, otras en el ARN, que contienen los genes necesarios para fabricar la capa de proteína que encapsula cada virus. Los virus pueden evolucionar por selección natural... pero los virus no pueden, en sentido estricto, reproducirse. La única forma en que pueden multiplicarse es infectando las células de un organismo vivo y secuestrando el metabolismo de las células infectadas.

Así que cuando alguien se resfría, los virus entran en las células que recubren la nariz y utilizan las enzimas y materias primas de la célula de la nariz para reproducir el virus muchas veces. De hecho, se producen tantos virus que la célula infectada de la nariz se rompe, liberando miles de virus del resfriado. Estos nuevos virus infectan a las células cercanas y entran en el torrente sanguíneo para infectar a otras células... Pero el virus depende totalmente de otro ser vivo. Casi se podría decir que los virus oscilan entre estar vivos, cuando se activan químicamente y se reproducen en las células del anfitrión, y no estar vivos, cuando existen como virus químicamente inertes fuera de una célula.

… los organismos de las muchas ramas del árbol genealógico compartido de la vida son asombrosamente variados. Pero esa variedad es eclipsada por sus similitudes mucho mayores y más fundamentales. Como máquinas químicas, físicas e informativas, los detalles básicos de sus operaciones son los mismos. Por ejemplo, utilizan la misma pequeña molécula ATP, como su moneda energética; dependen de las mismas relaciones básicas entre el ADN, el ARN y las proteínas; y utilizan los ribosomas para fabricar proteínas. Francis Crick argumentó que el flujo de información del ADN al ARN y a las proteínas era tan fundamental para la vida que lo llamó el Dogma Central de la biología molecular.... Estas profundas coincidencias en los fundamentos químicos de la vida apuntan a una conclusión notable: la vida tal como es hoy en la Tierra comenzó sólo una vez. Si diferentes formas de vida hubieran surgido varias veces de forma independiente, y hubieran sobrevivido, es extremadamente improbable que sus descendientes llevaran a cabo sus operaciones básicas de forma tan similar…

Aunque la vida en su conjunto ha demostrado ser resistente, duradera y altamente adaptable, las formas particulares de vida tienden a tener una duración limitada y una capacidad de adaptación reducida cuando su entorno cambia.

Paul Nurse, What Is Life? 2020, pp 190 ss