Las (¿infinitas?) posibilidades de la biología

Si Borges hubiera tenido acceso a los conocimientos actuales de biología, seguramente se habría sentido entusiasmado ante la similitud de la vida con sus textos en los cuales el infinito juega un papel fundamental. Al fin y al cabo, la vida ofrece unas formas y posibilidades aparentemente innumerables, habiéndose adaptado a prácticamente cualquier ambiente que existe en la Tierra. Y, sin embargo, lo visible es solamente una fracción extremadamente minoritaria de lo que podría conseguirse en teoría. Un mero vistazo al extenso espacio de posibilidades en los que juega la biología, y del que ahora voy a intentar haceros ver la magnitud de lo que os comento.

Como sabréis, fieles lectores de esta página, tenemos una serie de moléculas que tiene unos componentes básicos por los cuales están formadas. Por ejemplo, el código genético está formado por adenina, citosina, guanina y timina en el caso del DNA, o por las tres primeras más el uracilo en el caso del RNA. Las proteínas, a su vez, están formadas por los aminoácidos que las conforman y que son normalmente unos 20 diferentes salvando excepciones. Además, las proteínas y el código genético están conectados ya que las primeras están codificadas por el DNA. Sin embargo, hay un hecho importante que mencionar en cuanto al RNA, y es que además de ser un código genético dentro del cual se puede guardar información, también tiene actividad catalítica. No en vano, dentro de plausible “mundo del RNA” que tuvo lugar en los albores de la vida, esta molécula se piensa que pudo actuar tanto como contendor de información, así como efector de cierta actividad enzimática.

Derivado de todo lo de arriba podemos también llegar a la siguiente conclusión: la función deriva de la composición. Es decir, las proteínas tienen diferentes funciones porque tienen una cadena de aminoácidos diferentes entre ellas, así como el código genético guarda información diferente dependiendo de cómo estén dispuestas las letras. Así que incluso con solo 4 tipos de letras, las posibilidades son altísimas, ¿no? Si os es difícil imaginar este hecho, pensemos en el número total de posibilidades que podría tener una secuencia de 169 nucleótidos. Eso se puede calcular fácilmente elevando 4 al número de sitios que tenemos, es decir:

4¹⁶⁹ = 5,599 · 10¹⁰¹

Sin duda es un número altísimo, enorme. Pero, ¿cuánto? Sigamos con el ejercicio mental. Ahora imaginaos que realmente queréis hacer este experimento y tratáis de conseguir todas las secuencias en el laboratorio. Disponéis de una máquina del tiempo (sic) que os permite conseguir todas las secuencias en un tiempo relativamente corto. Ahora bien, ¿qué masa tendría todo eso para que lo pudieras guardar en tu laboratorio? ¿tendrías que pedirle sitio al laboratorio vecino? Hagamos un par de simplificaciones previas antes de calcular nada: lo primero, solo tendremos en cuenta lo que pesan los fosfatos, la ribosa y las bases nitrogenadas que va a tener nuestra cadena. Lo segundo es que usaremos la media de las masas de las 4 bases nitrogenadas pues asumimos que al final tendremos ¼ de cada una de ellas y estarán igualmente distribuidas. Por lo tanto, al final podemos hacer una tabla similar a esta:

¡Perfecto! Ya tenemos los ingredientes básicos para calcular cuántos tubos de ensayo tendremos que usar. Vamos a por ello.

Al final tendremos la considerable cantidad de unos 10⁸² gramos. Parece mucho, ¿no? Vamos a ver unas cuantas masas de cosas para ver la magnitud de este resultado. ¿Sabéis cuál es la masa del Empire State? Unos 3,5 · 10¹¹ gramos, así que no nos vale. Si nos ponemos a indagar, podemos ver que nuestro planeta, la Tierra, tiene una masa aproximada de 6 · 10²⁷ gramos. Sigue sin valernos, que aún estamos muy lejos del resultado que nos ha salido antes. Pero ya empezamos a comprender que nuestro laboratorio quizá tenga que ser de tamaño Solar para poder albergar todo eso. De hecho… ¿qué masa tiene el sol? “Solo” 2 · 10³³ gramos… Así que parece que incluso así nos quedamos cortos, ¡vaya faena! Bueno, va, pues vamos a lo Donald Trump y vamos a construir ¡un laboratorio enorme! ¡El tamaño de la Vía Láctea! El más grande que hayáis visto jamás, y lo van a pagar esos malditos individuos del Borde Exterior. Sin embargo, la masa de la Vía Láctea se estima en unos 10⁴⁸ gramos. Ya para no ser tan pesado, la masa estimada del Universo observable es de unos 3 · 10⁵⁵ gramos.

Es interesante, ¿no? Ver que un experimento tan simple, con una secuencia molde tan corta, es inmensamente mayor de lo que uno podría imaginar siquiera al principio. Ni siquiera con toda la materia visible hoy en día podríamos conseguir realizar algo tan fácil en principio. Pero bueno, hoy en día vemos organismos muy complejos con unas proteínas y códigos genéticos muchísimo mayores que esos teóricos 169 nucleótidos o componentes básicos. ¿Cómo es posible? Responder a esa pregunta no es tan trivial como parece y haría falta explicar unos cuantos conceptos. Pero es posible al menos decir ya unos cuantos puntos importantes en todo esto.

Lo primero de todo, la vida no realiza prácticamente nunca una búsqueda exhaustiva de todas las opciones para quedarse con la óptima. En la mayor parte de las veces, la vida encuentra soluciones locales dentro de un espacio enorme de posibles soluciones. Segundo, y relacionado con lo primero, la evolución funciona, en gran medida, como si de un “manitas” se tratara, intentando hacer bricolaje con las partes que tiene a su disposición en ese momento, tal cual dijo Jacob en su famoso artículo de 1977. Tercero, a pesar de que las posibilidades sean innumerables cuando nos ponemos a hacer estos sencillos cálculos, hay un factor que he omitido deliberadamente: diferentes secuencias dan comportamientos similares. Por lo tanto, no hace falta buscar todas las posibles opciones puesto que podemos llegar a un tipo de solución deseada de múltiples formas. Hay que distinguir lo necesario de lo contingente, y este factor pudo haber tenido una repercusión en el origen de la vida, y que aún hoy vemos. Este tema lo trataremos en otra entrada próximamente. Y cuarto, tal y como explica por ejemplo Ricard Solé en su libro, del cual hicimos reseña aquí, no todas las opciones son accesibles cuando nos ponemos a realizar modificaciones. El espacio del fenotipo navegable por un genotipo no siempre es accesible a todas las posibles conformaciones, y ese tipo de restricciones se hacen más evidentes cuanto más compleja es la biología del sistema.

Hemos heredado una biología que no ha sido totalmente aleatoria ni que ha podido variar sin fin. Por ejemplo, gran parte de nuestro metabolismo central seguramente estará moldeado por las restricciones físico-químicas que han regido la vida desde su inicio. Éste podrá variar mucho más que en las estructuras del metabolismo secundario, situadas en las zonas externas de la gran red que une las reacciones y metabolitos presentes en los organismos. Y a pesar de todo, la vida se abre camino.

Daniel Martinez

Daniel Martínez Martínez (@dan_martimarti) es licenciado en Ciencias Biológicas por la Universidad de Valencia, donde también realizó el máster Biología molecular, celular y genética. Realizó su doctorado a caballo entre el FISABIO (Fundación para el fomento de la investigación Sanitaria y Biomédica) y el IFIC (Instituto de Física Corpuscular). Su labor investigadora está centrada en el estudio de la relación entre la composición funcional y de diversidad de la microbiota humana, y el estado de salud-enfermedad de los individuos. Durante los últimos años ha mantenido una actividad de divulgación científica escrita, además de participar en la organización de eventos como Expociencia. Actualmente trabaja en el Imperial College de Londres.