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Charla «Martin Hanczyc: el límite entre la vida y la no vida.» de TEDSalon London Spring 2011 en español.
En su laboratorio, Martin Hanczyc crea «protocélulas», masas amorfas de químicos que se comportan como células vivientes. Su trabajo demuestra el surgimiento de la vida en la Tierra… y quizá también en otros lugares.
- Autor/a de la charla: Martin Hanczyc
- Fecha de grabación: 2011-05-18
- Fecha de publicación: 2011-11-07
- Duración de «Martin Hanczyc: el límite entre la vida y la no vida.»: 877 segundos
Traducción de «Martin Hanczyc: el límite entre la vida y la no vida.» en español.
Históricamente ha habido una gran división entre lo que se considera por un lado, un sistema no vivo y por el otro, un sistema vivo.
Pasamos de este cristal hermoso y complejo considerado no vivo, a este bello y complejo gato.
Durante los últimos 150 años más o menos, la ciencia casi ha borrado esta distinción entre sistemas vivos y no vivos, y ahora consideramos que podría existir una continuidad entre ambos.
Miremos este ejemplo: un virus es un sistema natural,
¿verdad?
Pero es muy sencillo.
Es muy simplista.
La verdad es que no satisface todos los requisitos, no tiene todas las características de un sistema vivo y de hecho es un parásito que usa otros sistemas vivos para, por ejemplo, reproducirse y evolucionar.
Pero esta noche vamos a hablar de los experimentos hechos a esta especie situada al final del espectro no viviente; de los experimentos químicos hechos en el laboratorio, mezclando ingredientes sin vida para crear nuestras estructuras y que estas nuevas estructuras lleguen a tener algunas de las características de los sistemas vivos.
Realmente estoy hablando de la creación de una especie de vida artificial.
Entonces,
¿cuáles son las características de las que hablo?
Son estas: consideramos que la vida tiene un cuerpo.
Esto es necesario para distinguir el ser del medio ambiente.
La vida también tiene un metabolismo.
Este es un proceso por el cual la vida convierte los recursos del entorno en bloques de construcción para mantenerse y autoconstruirse.
La vida también tiene información heredada.
Como humanos, guardamos nuestra información como ADN en el genoma y transmitimos esta información a nuestra descendencia.
Si juntamos los primeros dos, el cuerpo y el metabolismo, podríamos crear un sistema capaz de moverse y duplicarse, y si reuniésemos estas dos condiciones con información heredada podríamos crear un sistema más parecido a la vida y que quizá pudiese evolucionar.
Y esto es lo que intentaremos hacer en el laboratorio, hacer algunos experimentos que tengan una o más de estas características de vida.
¿Cómo lo logramos?
Bien, usamos un sistema modelo al cual llamamos protocélula.
Podría pensarse como una especie de célula primitiva.
Es el modelo químico simple de una célula viva, y si se considera por ejemplo, que una célula de nuestro cuerpo puede llegar a tener millones de tipos de moléculas diferentes que deben unirse, interactuar juntas en una red compleja, para producir algo que podamos llamar vivo.
Lo que queremos lograr en el laboratorio es similar, pero con decenas de distintos tipos de moléculas; por ende con una reducción drástica en complejidad, pero aún así, produciendo algo similar a la vida.
Entonces comenzamos desde lo más simple hasta los organismos vivientes.
Piensen un momento en esta cita de Leduc, de hace 100 años, acerca de una especie de biología sintética: «La síntesis de la vida, si alguna vez la descubriésemos, no sería el descubrimiento sensacional que usualmente asociamos con esa idea».
Es su primera afirmación.
Así que si de verdad creamos vida en los laboratorios, probablemente no va a impactar nuestras vidas para nada.
«Si aceptamos la teoría de la evolución, entonces el inicio de la síntesis de la vida debe consistir en la producción de formas intermedias entre el mundo inorgánico y el orgánico, o entre el mundo de lo no vivo y lo vivo, formas que posean solo algunos de los atributos rudimentarios de la vida» -es decir, justo las que describí anteriormente- «a la cual se le irán añadiendo gradualmente otros atributos en el transcurso del desarrollo gracias a las acciones evolutivas del ambiente».
Empezaremos con algo simple, haciendo algunas estructuras que puedan tener algunas de estas características de vida, y después las desarrollamos para que se asemejen a seres vivientes.
Así es como empezamos a hacer una protocélula.
Usamos lo que se conoce como autoensamblaje.
Esto quiere decir que si mezclo algunos químicos en un tubo de ensayo en mi laboratorio, estos químicos van a empezar a autoasociarse para formar estructuras cada vez más grandes.
De las miles de moléculas, unos cientos se unirán para formar una estructura grande que no existía antes.
Y en este caso en particular, tomé algunas moléculas de membranas, las mezclé en el ambiente adecuado, y en cuestión de segundos se forman unas estructuras complejas y hermosas.
Estas membranas también son bastante similares, morfológica y funcionalmente, a las membranas que hay en sus cuerpos, y podemos usarlas, como quien dice, para formar el cuerpo de nuestra protocélula.
Del mismo modo, podemos trabajar con sistemas de aceite y agua.
Como saben, el agua y el aceite no se mezclan, pero gracias al autoensamblaje podemos formar una linda gota de aceite, y usarla como cuerpo para nuestro organismo artificial o para nuestra protocélula, como se darán cuenta luego.
Todo eso es para formar el cuerpo,
¿verdad?
La arquitectura.
¿Y los otros aspectos de los sistemas vivos?
Para eso, creamos este modelo de protocélula que estoy mostrando aquí.
Empezamos con arcilla natural llamada montmorillonita.
Esta arcilla proviene del medio ambiente y forma una superficie químicamente activa.
Esta superficie soporta un metabolismo.
A cierta clase de moléculas le gusta asociarse con la arcilla.
Por ejemplo, en este caso, el ARN, señalado en rojo -un pariente del ADN, es una molécula informativa- puede empezar a asociarse con la superficie de esta arcilla.
Esta estructura puede organizar la formación de una membrana protectora alrededor de sí misma, para poder construir un cuerpo de moléculas líquidas a su alrededor, y eso es lo que está en verde en esta microfotografía.
Así que usando solamente el autoensamblaje, y mezclando cosas en el laboratorio, se obtiene por ejemplo, una superficie metabólica con algunas moléculas informativas pegadas al interior del cuerpo de esta membrana.
Y así vamos en camino hacia los sistemas vivos.
Pero si vieran esta protocélula, no la confundirían con un ser viviente.
De hecho es inerte.
Una vez que se forma, no hace nada más.
Así que algo está faltando.
Todavía faltan algunas cosas.
Falta, por ejemplo, si pasáramos un flujo de energía a través de un sistema, lo que querríamos es una protocélula que pueda retener algo de esa energía para autoabastecerse, como lo hacen los sistemas vivos.
Así que creamos un modelo diferente de protocélula, una versión más simple que la anterior.
Este modelo es solo una gota de aceite, pero dentro posee un metabolismo químico que le permite a la protocélula usar la energía para hacer cosas, para volverse dinámica, tal como lo veremos acá.
Se añade la gota al sistema.
Es una piscina y la protocélula se mueve por sí sola en el sistema.
¿Bien?
Las gotas de aceite que se forman mediante autoensamblaje tienen un metabolismo químico interno que les permite usar energía y pueden usar esa energía para moverse por sí mismas en su ambiente.
Como escuchamos antes, el movimiento es muy importante es estas clases de sistemas vivientes.
Moverse, explorar su ambiente y remodelar su entorno, como pueden ver, gracias a estas ondas químicas que se forman por las protocélulas.
Están actuando, en cierto modo, como un sistema viviente que trata de sobrevivir.
Tomamos esta misma protocélula que se mueve, pongámosla en otro experimento y empecemos a moverla.
Y ahora voy a añadir comida al sistema y Uds.
lo verán en azul aquí,
¿correcto?
Así que añado una fuente de comida al sistema.
La protocélula se mueve.
Encuentra la comida.
Se reconfigura a sí misma e incluso es capaz de subir hasta la más alta concentración de comida en ese sistema y detenerse ahí.
Así que no solo tenemos este sistema que tiene un cuerpo, metabolismo, que puede usar energía y se mueve.
También puede sentir su entorno local y de hecho puede encontrar recursos en el medio ambiente para sostenerse a sí mismo.
Ahora, no tiene un cerebro, no posee un sistema neural.
Es solo un puñado de químicos capaz de tener un comportamiento interesante y muy complejo que simula la vida.
Si contamos el número de químicos de este sistema, incluyendo el agua que está en la bandeja, tenemos cinco químicos que pueden hacer esto.
Luego ponemos todas estas protocélulas en un experimento para ver lo que harían y, dependiendo de las condiciones, tenemos algunas protocélulas en la izquierda que se están moviendo y que les gusta tocar las otras estructuras en su entorno.
Por otro lado tenemos dos protocélulas andariegas que les gusta rodearse mutuamente, y hacen una especie de baile, una danza compleja entre ambas.
¿Está bien?
No solo cada protocélula tiene un comportamiento, lo que nosotros hemos interpretado como comportamiento en este sistema, sino que también tenemos comportamientos a nivel de población similar a lo que tienen los organismos.
Como ya son unos expertos en protocélulas, haremos un juego con estas protocélulas.
Vamos a hacer protocélulas de dos tipos.
La protocélula A tiene cierta clase de química interna que, cuando se activa, la protocélula comienza a vibrar, a bailar.
Recuerden, estas células son primitivas, así que el hecho de que bailen nos resulta interesante.
(Risas)
La segunda protocélula tiene una composición química diferente, que cuando se activa, todas las protocélulas se juntan y se fusionan en una gran célula.
¿De acuerdo?
Entonces las ponemos a ambas en el mismo sistema.
Tenemos a la población A, está la población B, luego activamos el sistema y las protocélulas B, son las azules, se juntan.
Se fusionan para formar una gran masa y las otras protocélulas siguen bailando.
Y esto continúa hasta que toda la energía del sistema se consuma y, entonces, se acabe el juego.
Repetí este experimento muchas veces y una vez ocurrió algo muy interesante.
Añadí estas protocélulas al sistema y las protocélulas A y B se fusionaron y formaron la protocélula híbrida AB.
Eso nunca había pasado.
Ahí lo tienen.
Ahora tenemos una protocélula AB en el sistema.
A la protocélula AB le gusta bailar, mientras que la protocélula B se fusiona,
¿OK?
Y entonces sucede algo aún más interesante.
Miren cuando estas dos grandes protocélulas -las híbridas- se fusionan.
Ahora tenemos una protocélula bailarina y un evento que se imita a sí mismo.
Así es.
(Risas)
Volvamos a las masas de químicos.
Funcionan de esta manera: tenemos un sistema simple de cinco químicos, un sistema simple.
Cuando forman híbridos, se está formando algo diferente a lo que había antes y ahora es más complejo, porque ahora surge otro comportamiento que simula la vida y que en este caso es la replicación.
Como ya podemos hacer protocélulas como nos gusten, con colores y comportamientos interesantes y, de hecho, son muy fáciles de hacer y tienen propiedades interesantes que imitan la vida, quizá estas células nos están diciendo algo sobre el origen de la vida en la Tierra.
Tal vez representan un paso fácilmente accesible, uno de los primeros pasos que dio la vida en el origen de la Tierra.
Claro que había moléculas en la Tierra primitiva, pero no como estos componentes puros con los que trabajamos en el laboratorio y que mostré en estos experimentos.
Más bien, serían una mezcla realmente compleja de toda clase de sustancias porque las reacciones químicas no controladas producen una mezcla diversa de compuestos orgánicos.
Piensen en ello como un caldo primordial,
¿sí?
Es una muestra muy difícil de caracterizar completamente, incluso con métodos modernos, el producto luce marrón, como la muestra de la izquierda.
Un compuesto puro se encuentra a la derecha, para contraste.
Esto es similar a lo que pasa cuando uno toma cristales puros de azúcar de la cocina y los pone en una sartén y los calienta.
Se aumenta la temperatura y se empiezan a romper los lazos químicos en el azúcar, formando un caramelo color marrón,
¿cierto?
Si uno no los regula, los lazos químicos se seguirán formando y rompiendo, haciendo una mezcla de moléculas aún más diversa que a su vez se transforma en una capa negra en el fondo de la sartén que es muy difícil de lavar.
Bueno, este es quizá el aspecto del origen de la vida.
Había que generar vida con toda esa basura que estaba presente en la Tierra primitiva, hace unos 4500 millones de años.
El reto entonces es desechar todos los químicos puros en el laboratorio y tratar de hacer protocélulas que simulen vida a partir de este caldo primitivo.
Así, podremos ver el autoensamblaje de estas gotas de aceite que vimos previamente y los puntos negros del interior representan la masa negra…
una masa orgánica diversa y muy compleja.
Lo ponemos en uno de estos experimentos, como han visto antes, y miramos en vivo los movimientos que resulten.
Se ven muy bien los movimientos y también parece que tienen un cierto comportamiento donde pareciera que se rodean y se siguen mutuamente, parecido a lo que hemos visto antes…
pero eso sí, trabajando esta vez solo con condiciones primordiales y no con químicos puros.
También existen unas protocélulas capaces de localizar recursos en su entorno.
Añadiré algunos recursos por la izquierda que se desactivan en el sistema y, como pueden ver, a ellas les gusta mucho.
Se vuelven muy activas y capaces de encontrar los recursos en su entorno, algo similar a lo que vimos antes.
Pero vuelvo y repito, esto se hace en condiciones primordiales y muy desordenadas y no en condiciones esterilizadas de laboratorio.
De hecho, estas pequeñas protocélulas son muy sucias.
(Risas)
Pero tienen propiedades que simulan vida.
Así que hacer estos experimentos de vida artificial nos ayuda a definir el camino potencial entre sistemas vivos y no vivos.
No solo eso, sino que nos ayuda a expandir nuestra visión de la vida y qué posibles tipos de vida pueden existir; vida que puede ser muy diferente a la vida que encontramos acá en la Tierra.
Y esto me lleva al próximo término: «vida extraña».
Es un término de Steve Benner.
Hace referencia a un informe del 2007 del Consejo Nacional de Investigación de Estados Unidos en el que trababan de entender cómo podemos buscar vida en otros sitios del universo, especialmente si esa vida es muy diferente a la vida terrestre.
Si fuéramos a otro planeta y pensáramos que allí podría haber vida,
¿cómo podríamos siquiera reconocer vida?
Bueno, ellos propusieron tres criterios generales.
El primero…
están listados aquí.
El primero es que el sistema no tiene que estar en equilibrio.
Es decir que el sistema no puede estar muerto.
Básicamente uno tiene un ingreso de energía en el sistema que puede ser usado y explotado para que la vida se mantenga.
Esto es similar al sol que brilla en la Tierra que guía la fotosíntesis y el ecosistema.
Sin el sol, probablemente no habría vida en este planeta.
Segundo, la vida necesita estar en forma líquida, o sea que incluso si encontráramos estructuras o moléculas interesantes pero estuvieran congeladas, sería un buen lugar para la vida Y tercero, tenemos que poder crear y romper los lazos químicos.
De nuevo, esto es importante porque la vida transforma los recursos del entorno en bloques de construcción para automantenerse.
Hoy les he hablado de protocélulas muy extrañas -algunas contienen arcilla, algunas tienen caldo primordial, algunas básicamente tienen aceite en vez de agua en su interior.
La mayoría no contiene ADN, sin embargo tienen propiedades que simulan vida.
Pero estas protocélulas satisfacen estos requisitos generales de los sistemas vivos.
Así que al hacer estos experimentos químicos de vida artificial, esperamos no solo entender algo fundamental sobre el origen de la vida y la existencia de la vida en el planeta, sino también qué tipo de vida podría haber en el universo.
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/martin_hanczyc_the_line_between_life_and_not_life/