Paul Nurse: ideas para una definición de vida

“Quizás sea la desconcertante diversidad de la naturaleza, que puede llegar a resultar abrumadora, lo que hace que nos cueste tanto encontrar teorías sencillas e ideas unificadoras. Pero lo cierto es que en biología disponemos de importantes ideas generales que nos ayudan a entender la complejidad de la vida” (p. 11).

La célula, el gen, la evolución por selección natural, la química de lo vivo y los flujos de información. Estas 5 ideas centrales utilizará Nurse para extraer 3 principios unificadores al servicio de intentar una nueva respuesta al gran problema: ¿qué es la vida?

Las 5 ideas centrales de lo vivo

1. La célula: unidad fundamental de lo vivo

“Cada animal parece ser un conjunto de unidades vitales, cada una de las cuales presenta en sí misma las características completas de la vida” (Virchow en Nurse, p. 20).

En 1858 Rudolf Virchow, biólogo y padre de la patología, señaló esta idea central y quizás la más importante para comenzar a pensar lo vivo. La célula no solo sería la unidad constituyente de toda forma de vida en nuestro planeta, sino que esta, por sí misma, sería un ejemplar de un ser vivo como tal. En ella, por lo tanto, se encontraría un lugar privilegiado desde donde comenzar a explorar e investigar las características básicas y suficientes del fenómeno de lo vivo.

Así, por ejemplo, resulta de suma importancia atender a lo que mucho antes observó Robert Hook (1665): la célula es una celda (o cubículo, de ahí su nombre, «cella»). Pero esto, dice Nurse, que podría suponerse como una característica entre otras, resulta esencial; lo vivo necesita un límite físico, una barrera capaz de demarcar un orden interno frente al exterior.

Y es que, aunque la célula se comunique con su medio (la membrana es, después de todo, permeable), consigue ser suficientemente un «sistema aislado», uno capaz de hacer frente a una de las tendencias más importantes del Universo: la tendencia al caos o principio entrópico.

En este dominio interno, se manifestarán las propiedades esenciales de la vida; la célula no solo protegerá un orden propio capaz de desarrollarse, sino que también resguardará el código que la define y que traspasará a su descendencia por medio de la reproducción.

2. El gen: la prueba del tiempo

“… son la principal fuente de información que utiliza la vida para desarrollar, mantener y reproducir las células, y, por extensión, los organismos que estas forman” (p. 30).

Los genes son el código capaz de dirigir la conformación del orden de lo vivo. Pero no solo lo sostiene durante el curso de su tiempo vital, sino que también consigue superar «la prueba del tiempo» legando la valiosa información que lleva por medio de su propia reproducción.

Con la herencia genética —fruto de la división celular y la precisa duplicación del material genético— se repetirán en los organismos siguientes las “instrucciones genéticas necesarias para crecer, funcionar y (volver a) reproducirse” (p. 57). El organismo como orden perdura en su descendencia.

Pero hay más. El código genético puede variar. Si bien resulta fundamental que su copia sea precisa (o haría inviable al organismo siguiente) mantiene un margen de mutación o variación que le permite introducir pequeños cambios en los nuevos organismos. Estos cambios, como se verá a continuación, serán la fuente esencial que permitirá la posibilidad de la evolución de las especies y el triunfo sobre un tiempo incluso más extenso que el del organismo aislado.

3. Evolución: azar y necesidad

“… un magnífico proceso sin orquestación alguna y que se desarrolla en períodos inconcebiblemente extensos, en lo que los científicos llaman ‘tiempo profundo'” (p. 66).

El código genético puede mutar y puede combinarse bajo mecanismos regidos por leyes necesarias y precisas, pero en medio de las cuales opera un azar que hace posible la evolución.

Las aleatorias variaciones introducirán azarosas modificaciones en los organismos vivos. Y, como señalara Charles Darwin, dichos cambios, expuestos a su medio, serán puestos a prueba por la «selección natural». Algunas favorecerán la supervivencia y la reproducción, otras no. Los organismos con variaciones beneficiosas conseguirán legar su propio código genético mejor adaptado.

La selección natural “… impulsada por el azar y dirigida por la necesidad de generar formas de vida cada vez más eficientes” (p. 83) no ha cesado hasta hoy. Para Nurse, un principio simple y elegante, permite comprender el origen común y la abrumadora variedad de especies en la larga historia de nuestro planeta:

“… mientras este planeta ha ido girando según la constante ley de la gravitación, se han desarrollado y se están desarrollando, a partir de un comienzo tan sencillo, infinidad de formas cada vez más bellas y maravillosas” (Darwin, final de El origen de las especies, p. 604).

4. Química: orden a partir del caos

“La idea es que las células y los organismos vivos, pese a su complejidad, son máquinas químicas y físicas que podemos llegar a comprender” (p. 116).

Para Nurse, nada de lo descrito hasta ahora sería posible si no existiera una enorme y compleja maquinaria comprensible en términos físicos, químicos y, como se verá después, también informativos.

Frente a lo no-vivo, la incomparable complejidad de la «química de la vida» está constituida por un metabolismo capaz de descomponer y componer partes, extraer energía para las actividades vitales, y reaccionar a tiempo para mantener el equilibrio interno. En efecto, en contraste al «tiempo profundo» de la evolución, al interior de las células los millones de reacciones químicas ocurren a una gran velocidad.

El código genético, utilizando solo cuatro bases de nucleótidos, regula y dirige lo que será necesario para todo el mecanismo. Y, con tan solo 20 aminoácidos, será capaz de dar orden a la secuencia que permitirá la construcción de “pequeñas máquinas”, esto es, las proteínas. Las proteínas cumplirán un rol central en la catalización de reacciones químicas, el transporte de moléculas, la estructuración de la célula y también la comunicación intercelular.

En otras palabras, de la materia desestructurada o sin orden del entorno, una gran estructura funcional, una auténtica maquinaria física y química que permitirá que lo vivo sea posible.

Ahora bien, nada de esto sería pensable si no existiera una estrecha comunicación de todos los componentes. La coordinación de todas las partes, que dan lugar al todo vivo, solo es posible gracias a la información que comparten.

5. La información: actuar como un todo

“Para que un sistema complejo se comporte como un todo con intención, debe haber una comunicación eficaz entre las diferentes partes del sistema y con el entorno exterior” (p. 138).

Solo por millones de partes, interactuando coordinadamente, emerge la unidad capaz de obrar en conjunto con un propósito coherente. Para Nurse, a diferencia de lo puramente físico, lo vivo posee intención. En esta intención se reúnen todos los comportamientos que han evolucionado, “porque les ayudan a aumentar la posibilidad de lograr su propósito fundamental, que es perpetuarse a ellos mismos y a su progenie” (p. 121).

De aquí que la comunicación y la información sean cruciales. No hay coordinación ni respuesta coherente si no existen formas de señalización y regulación entre las partes, y en respuesta al medio. Un caso ejemplar son todos los mecanismos de retroalimentación por los cuales las células modifican su expresión génica de acuerdo a los estímulos que captan del entorno (como probaron en 1965 Jacques Monod y François Jacob).

Y, como cabe esperar, lo mismo ocurre entre los órganos o los sistemas fisiológicos respecto a los organismos complejos que componen. O incluso, como señala Nurse, entre distintos seres vivos respecto a sus poblaciones y ecosistemas en los cuales habitan. La información es fundamental.

“…la información es el centro de toda la vida. Para que los organismos se desenvuelvan con eficacia como sistemas complejos organizados, deben recoger y usar información del mundo en el que viven y de sus estados internos constantemente (p. 119).

Pero hay más. La información no solo es relevante en el tiempo presente. El código genético es también una comunicación hacia el futuro. El código traspasa la información a la descendencia indicando cómo debe ser, esto es, cómo debe formarse, mantenerse y volver a reproducirse. Siguiendo la evolución, todo lo útil para el propósito principal (sobrevivir y reproducirse), se comunicará y heredará.

¿Qué es la vida? 3 principios unificadores

Célula, gen, evolución por selección natural, química de lo vivo e información: ¿qué principios permitirían integrar estas ideas? Nurse propone 3 criterios unificadores:

“… estos tres principios definen la vida. Cualquier entidad que los cumpla puede considerarse viva” (p. 183).

1. Debe tener capacidad para evolucionar

“La vida evoluciona por selección natural a través de la reproducción, la herencia, y la variabilidad dentro del sistema de herencia” (V2).

Todo lo vivo debe ser capaz de evolucionar por selección natural. Para ello debe poseer capacidad de reproducirse, un sistema hereditario de su configuración, y también susceptibilidad para sufrir variaciones en dicha herencia (ahí radicará el potencial evolutivo).

Este criterio es especialmente importante para Nurse, pues nos permite reconocer que, a pesar de la inmensa diversidad de lo vivo, todos comparten un origen común y una base que permanece hasta hoy: desde el uso común de la «moneda de energía» (ATP), al flujo de información ADN/ARN-Proteína (lo que Francis Crick llamó “el dogma central de la biología”). Desde los orígenes hasta hoy, todo lo vivo, sin excepción, ha seguido este recorrido y ha conservado estas propiedades que han hecho posible su existencia.

2. Tiene que ser una unidad física discreta

“La célula es la unidad estructural y funcional básica de la vida. Está separada pero comunicada de su ambiente” (V2).

Aunque lo vivo requiere algo de su medio externo, también necesita poseer una concentración de su actividad, así como una protección de la entropía o tendencia al caos que impera fuera de ella, en su entorno y el Universo.

Así, por una parte, la concentración permitirá que las complejas e innumerables interacciones y reacciones químicas ocurran con la intensidad y velocidad necesarias; y, por otra parte, el límite celular, que define la unidad física, protegerá el orden interior del caos externo que pudiera acabar con su vida. Lo vivo, de este modo, tiene oportunidad para poder desarrollarse y reproducirse, heredando su configuración.

Nurse señala que es muy probable que desde el origen de la vida surgieran espontáneamente las primeras membranas cerradas como burbujas de lípidos, de modo similar a cómo las conocemos hoy. Ahí se podría haber fraguado la necesaria concentración química e interactiva (ADN, ARN, catalizadores, etc.) que pudiera haber dado el puntapié a la formación de lo vivo y su evolución.

3. Puede comprenderse como una máquina química, física y de información

Lo vivo integra una organización cuyo funcionamiento no se puede entender sin la física, la química compleja de su operar y la información que sostiene la coordinación entre sus partes.

Los organismos vivos serían auténticas maquinarias basadas en una química de polímeros de carbono y en donde, a base de ácidos nucleicos, se producirían los almacenamientos de información capaces de formar los millones de proteínas que construirán y mantendrán en funcionamiento a la célula y los organismos que llegan a componer.

Pero, como Nurse reconoce, no basta la máquina química y física. Como se vio, resulta crucial integrar la teoría de la información para que emerja el todo funcional con su propósito. El organismo responde al mundo en el que se inserta, y transmite a largo plazo —dentro de su propia química— la información del orden de su ser que ha resultado efectivo:

“La vida se basa en la administración de la información, con inputs, procesamiento, y outputs. La información de largo plazo está almacenada de modo lineal de forma compatible con los polímeros” (V2).

Hasta aquí, podría quedar la impresión de una máquina compleja, pero más bien aislada y autosuficiente. Pero si se atiende nuevamente a la idea de la comunicación y la interconexión, se deja ver una profunda vinculación de todo lo vivo.

Nurse, concluyendo su argumentación, pone especial énfasis en este aspecto, pues incluso en un nivel metabólico “no existe ninguna especie conocida de animal, planta u hongo capaz de crear su propia química celular partiendo de cero” (p. 189). Por lo mismo, y recordando el ejemplo dado en un comienzo, llega a decir que los virus también debieran considerarse organismos vivos (cf. p. 190). Y es que, aunque resulten ser sumamente dependientes en su actividad, solo es un grado extremo de una propiedad que caracteriza a todo lo vivo en nuestro planeta.

“La vida en la Tierra pertenece a un ecosistema único vastamente interconectado que comprende a todos los organismos (p. 190)”.

Definición

¿Qué es lo vivo? Siguiendo los principios referidos y situando lo vivo en el gran ecosistema terrestre, Nurse señala lo siguiente:

“Los seres vivos son entidades físicas delimitadas. La entidad delimitada es una máquina química e informativa. Y luego, de manera crítica, esa máquina química informativa, como entidad delimitada, posee un sistema hereditario que determina cómo funciona un sistema que tiene variabilidad y, por lo tanto, que puede evolucionar por selección natural. Y eso significa que el ser vivo puede adquirir propósito: el propósito de estar mejor adaptado al estado de vida en el que se encuentra” (V1).

En otras palabras, podemos decir que los seres vivos son: máquinas físicas, químicas y de información, delimitadas en el espacio físico, capaces de evolucionar por selección natural, y cuyo propósito básico se manifiesta en la búsqueda de la supervivencia y la reproducción.

Referencias

- ¿Qué es la vida?, Paul Nurse, Geoplaneta (2020).
- El origen de las especies, Charles Darwin, Ed. Sarpe
- (V1) The 5 core principles of life, Nobel Prize-winner Paul Nurse
- (V2) What is life? (2019). Nobel Prize-winner Paul Nurse

Descargas

- Muestra del libro ¿Qué es la vida? (Nurse)

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