¿Cuál es el origen del ADN?

[valalca]

El ADN es la molécula que almacena la información genética de todos los seres vivos, pero ¿cómo surgió? Repasamos su historia y evolución.

Uno de los descubrimientos más revolucionarios del último siglo en biología tuvo lugar en 1953, cuando los profesores Watson y Crick, basándose en los descubrimientos previos de la conocida química y cristalógrafa Rosalind Franklin y su famosa ‘fotografía 51’, desvelaban uno de los grandes misterios de la época: la estructura del ADN. Una molécula cuya existencia fue descubierta 84 años antes por Friedrich Miescher —bajo el nombre de nucleína—.

El descubrimiento de la estructura del ADN fue fundamental para comprender la dinámica del metabolismo celular, desde la comprensión del código genético hasta la secuenciación de genomas, la realización de estudios de carácter filogenético e incluso el desarrollo de vacunas eficaces basadas en la tecnología del ARN modificado. Dado su carácter central en el funcionamiento celular, durante mucho tiempo se pensó que el ADN era una molécula inherente a la vida. Sin embargo, cuando nos remontamos a un pasado remoto de la historia de la tierra, esa asunción que parece tan contundente puede no ser cierta.

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Rosalind Franklin fue la precursora de uno de los mayores descubrimientos del siglo XX: la estructura del ADN

¿Puede evolucionar la base del desarrollo evolutivo?

Actualmente, los estudios que se realizan en filogenia toman como base los cambios en el ADN, a partir de los cuales extraer conclusiones. Por eso, uno de los aspectos más curiosos del ADN, que parece incurrir en una contradicción, es que la molécula es, en sí misma, un avance evolutivo.

Esta aparente contradicción no es tal, puesto que la evolución biológica es un proceso mucho más extenso que la simple acumulación de cambios en el ADN. El que actualmente, el ADN sea la forma que tienen los seres vivos de almacenar la mal llamada “información” genética no implica que siempre haya sido así, organismos que empleen otras moléculas como sistema de almacenamiento de ese mensaje genético también pueden evolucionar.

De hecho, existen actualmente virus —que son entidades al límite entre lo vivo y lo inerte— cuyo material genético es ARN, e igualmente evolucionan. La evolución biológica es, en este sentido, el proceso por el cual las poblaciones de organismos cambian a lo largo de las generaciones, producto de una variación natural en sus rasgos y una posterior selección ambiental de los más aptos. Cambios que se acumulan, sin importar de qué manera estén codificados o qué molécula utilicen como material genético. Hipotéticos seres vivos extraterrestres que empleen cualquier otro sistema de almacenamiento genético pueden evolucionar, aunque no presenten ADN, ARN ni ningún otro ácido nucleico para ello.

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La molécula de ARN tiene menos longitud y es más sensible a mutaciones que la de ADN. — Artur Plawgo / iStock

La vida temprana en la tierra

Aún quedan muchas preguntas sin responder y misterios sin resolver en lo que se refiere al origen de la vida en la tierra. Sin embargo, hay algunas cosas que están relativamente claras. Por ejemplo, las pruebas indican que todos los seres vivos actualmente existentes, plantas, animales, hongos, bacterias y arqueas, proceden de un mismo ancestro común, que recibe el nombre de LUCA —Last Universal Common Ancestor—, nombre acuñado por el biólogo francés Patrick Forterre, y cuya antigüedad se estima en hace unos 4000 millones de años.

También sabemos que LUCA no fue, ni mucho menos, la primera forma de vida del planeta. En ese momento, debía de haber ya varios linajes, y es posible que muchos se formasen de manera independiente. En efecto, es más que posible que la vida en la tierra apareciera en múltiples ocasiones. En todo caso solo el linaje de LUCA perduró, y el resto se extinguió en un momento u otro.

Lo que no queda tan claro es si LUCA era un organismo con genética basada en el ADN. Antes del ADN, los seres vivos utilizaban el ARN como molécula de almacenamiento genético, pero en algún momento eso cambió. Según el principio de parsimonia, aquella explicación que implique un menor número de pasos tiende a ser la correcta, y aplicándolo a este caso, lo más verosímil sería que el ADN apareciese antes, que LUCA ya lo utilizara, y que toda su descendencia heredara ese rasgo. Pero según el mismo Forterre y su equipo del Instituto Pasteur, probablemente el ADN surgió como una adaptación posterior en distintos grupos, de forma independiente, como una convergencia evolutiva.

El ADN como ventaja evolutiva

Actualmente, los seres vivos se pueden agrupar en tres dominios clásicos: bacterias, arqueas y eucariotas —células con núcleo—. Sin embargo, desde hace poco tiempo, se piensa que, en realidad, las eucariotas descienden de un grupo específico de arqueas —las arqueas de Asgard, concretamente—, por lo que, si volvemos el tiempo atrás lo suficiente, desde LUCA divergieron solo dos linajes, arqueas y bacterias.

Según datos recientes, procedentes de la genómica comparada, la biología estructural y la bioquímica, las actividades enzimáticas que se encargan de sintetizar y replicar el ADN surgieron en cada uno de los linajes de forma independiente. Y es que, mientras que eucariotas y arqueas comparten las mismas versiones de las proteínas responsables, las bacterias tienen otras totalmente distintas.

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Las proteínas responsables de sintetizar y replicar ADN son distintas en cada uno de los dos grandes linajes de la vida. — Artur Plawgo/iStock

Con toda probabilidad, el ADN surgió en bacterias y en arqueas, como ventaja evolutiva, por separado, en algún momento temprano de su diversificación. LUCA, pues, debió de ser un organismo con genética basada en ARN y no en ADN.

El ADN tiene varias ventajas evolutivas respecto al ARN. Por un lado, es una molécula más estable, por lo que las mutaciones se dan con menos frecuencia. Además, permite hacer cadenas más largas, que pueden replegarse sobre sí mismas con más facilidad. Las ventajas evolutivas, pues, parecen evidentes.

Sobre cómo pudo suceder, entre ARN y ADN hay dos diferencias fundamentales: el ARN tiene en su estructura un azúcar del grupo de las pentosas, llamado ribosa, mientras que el ADN presenta una desoxirribosa —una ribosa que ha perdido un oxígeno—. Por otro lado, el ARN emplea el uracilo como base nitrogenada pirimidínica asociada a la adenina, mientras que el ADN emplea la timina.

En el paso de ADN a ARN, se cree que lo primero que sucedió fue la desoxigenación de la ribosa, formándose una molécula de ADN basada en uracilo. La sustitución de esta base nitrogenada por la timina sería posterior.

Pero este conocimiento es aún hipotético, y por lo tanto, susceptible de cambiar si se producen nuevos descubrimientos. Así funciona la ciencia. A menudo, nuevos descubrimientos refuerzan las hipótesis previas, pero ocasionalmente, algunos las refutan y crean un nuevo campo de conocimiento listo para ser explorado.

muyinteresante.es / Álvaro Bayón, 10 octubre 2023