Mn. Francesc Nicolau: QÜESTIONS FONAMENTALS PLANTEJADES PER LA BIOLOGIA ACTUAL (I)

Primer cicle de cinc conferències sobre el tema “Qüestions fonamentals plantejades per la biologia actual”, pronunciades per Mn. Francesc Nicolau els dies 15, 22, i 29 d’octubre, i 5 i 12 de novembre de 2013 a la Sala Sant Jordi del Seminari Conciliar de Barcelona.

1ª Conferència: El problema de l’origen de la vida

L’origen de la vida (o biogènesi) és, ara per ara, un dels reptes més importants de la Biologia moderna ja que s’ha demostrat, gràcies a la Paleontologia, que els èssers vius han evolucionat a partir d’èssers molt senzills (microscòpics i unicel·lulars, com els bacteris) i que aquests van originar vivents pluricel·lulars cada cop més complexos. Mitjançant experiments de laboratori s’han pogut sintetitzar molècules orgàniques a partir de molècules inorgàniques, però el pas de la no-vida a la vida no s’ha aconseguit encara.

A l’antiguitat es creia que els éssers vius es produïen per generació espontània, ja que la simple observació demostrava com a l’aigua corrompuda, a la fusta seca, als vegetals podrits o als cadàvers dels animals, sorgien petits éssers que se n’aprofitaven sense que, aparentment, procedissin de cap altre vivent. Després es va veure que aquests éssers són larves d’insectes.

Aquestes idees, però, van perdurar fins mitjans del segle XVII, ben fonamentades pel metge flamenc Jan Baptista von Helmont (1580-1644), el qual assegurava que fins i tot els éssers pluricel·lulars podien sorgir per generació espontània. Més tard Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723), amb l’ajut dels primers microscopis, va descobrir els microbis (que ell va anomenar “animàlculs”), i assegurà que només aquests éssers podien sorgir espontàniament. Tot això ho va desmentir Louis Pasteur (1822-1895) el qual, amb els seus acurats experiments, descarta del tot la generació espontània… però, com ha sorgit la vida?

Molts van ser els que es van atrevir a fer elucubracions entorn a aquest tema, entre ells l’alemany Ernst Haeckel (1834-1919) el qual no hi veia cap diferència entre la formació d’un cristall o d’una cel·lula viva, i per això pensava que a la Terra primitiva s’hi podien haver donat les condicions propícies per a l’origen de la vida, però sense donar més explicacions.

Qui veritablement va donar explicacions realment científiques fou Alexander I. Oparin (1894-1980). Aquest bioquímic rus, al 1924, exposà una teoria sobre l’origen de la vida basada en el procés de formació de molècules orgàniques a partir de les matèries més abundants a la Terra primigènia: els hidrocarburs (font de carboni) i l’amoníac (font de nitrògen). A partir d’aquí podien formar-se compostos orgànics, tals com les proteïnes, els quals podien quedar tancats dins uns grumolls o coacervats, els precursosrs de les cel·lules. Amb tot Oparin reconeix que no és capaç de donar una explicació satisfactòria del pas dels coacervats a una cèl·lula viva. Degut al fet que els treballs d’Oparin no es van difondre al món occidental, l’any 1929 un altre científic, Jonh B. S. Haldane, va arribar independentment a conclusions similars, per això a aquesta teoria se l’anomena “Teoria d’Oparin-Haldane”.

Tot això Oparin ho va plantejar d’una manera teòrica, però fou l’estudiant nordamericà Stanley Lloyd Miller (1930-2007) qui ho va posar en pràctica al laboratori l’any 1952. En un matràs hi va posar aigua destil·lada i esterilitzada, a una temperatura propera als 100ºC, amb una atmosfera feta d’hidrogen, metà i amoníac, i amb dos elèctrodes va reproduir els llamps de les primeres tempestes. Al cap d’una setmana, el líquid ataronjat que s’hi havia format contenia nombrosos compostos orgànics entre els quals hi destaca la presència d’uns pocs aminoàcids.

Aquest experiment va obrir la porta a altres investigadors que hi van voler obtenir compostos més complexos utilitzant altres fonts energètiques tals com el vulcanísme, les radiacions ultraviolades i radioactives, així com també les col·lisions de meteorits i cometes els quals s’ha demostrat que contenen compostos orgànics. Entre aquests investigadors es troba Sidney W. Fox, el qual obtingué un conjunt d’aminoàcids, mitjanament enllaçats (o polimeritzats), als quals va anomenar proteïnoids i que serien l’equivalent dels coacervats d’Oparin. Per la seva part Cyril Ponnamperuna va obtenir adenosina i un adenosintrifosfat.

Cal destacar, però, la tasca del nostre bioquímic lleidatà Joan Oró (1923-2004) el qual, després de llicenciar-se en Ciències Químiques a la Universitat de Barcelona, va marxar als Estats Units per seguir investigant al Rice Institute de Huston (Texas) on va obtenir adenina, uracil, timina, desoxiribosa i fins i tot alguns nucleòtids, tots ells components molt importants de les cèl·lules, però va acabar admetent que el pas cap a la cèl·lula viva és encara un esglaó insalvable ja que es desconeixen els mecanismes d’interacció entre les proteïnes i els àcids nuclèics, o sigui, el mecanisme que donaria lloc al primer enzim i, per tant, l’obtenció d’un sistema molecular capaç de reproduir-se per ell mateix.

2ª Conferència: Què diu la paleontologia sobre l’origen de la vida

Amb les paraules de Pierre P. Grassé (1895-1985), “l’única i veritable ciència de l’evolució és la paleontologia”, es resumeix com n’és d’important aquesta disciplina per a l’estudi de l’origen de la vida, vida que alguns científics asseguren que va procedir del cosmos basant-se en autors del segle XIX. Entre aquests científics es troba Fred Hoyle (1915-2001) el qual creu en un univers etern on els gens (unitats de vida) estan pertot arreu (panspèrmia) i que aquests gens van aterrar portats per meteorits i cometes, ja que pensa que les 200.000 cadenes d’aminoàcids que caracteritzen la vida no poden haver aparegut per casualitat durant el curt intèrval entre la formació de la Terra, fa uns 4.600 Ma. (milions d’anys) i l’aparició dels primers signes de vida fa entre 3.800 i 3.500 Ma.

Aquesta teoria de la panspèrmia va tenir alguns seguidors entre els que destaquen Nalin C. Wickramasinghe i el que fou premi Nobel de Biologia, pel descobriment de l’ADN, Francis C. Crick. Avui dia, però, aquesta teoria se la considera poc versemblant i quasi una fantasia, tot i que és cert que als meteorits i als cometes s’hi troben compostos orgànics, però no vida. Per tant hem de fixar-nos en les restes fòssils per mirar de dilucidar l’origen de la vida a la Terra la qual sembla ser que va anar així: segons M. Eigen, en el “brou primitiu” de compostos orgànics, van aparèixer primer els gens, després els enzims i per últim les membranes, mentre que Alexander G. Cairns-Smith opina que primer van ser els enzims, després les membranes i finalment els gens. S’especula que la vida podria haver sorgit en una bassa sotmesa a dessecacions esporàdiques, fet que provocaria la concentració d’elements i compostos orgànics facilitant-ne les reaccions, combinacions i polimeritzacions i, per què no? la competència i la selecció natural.

Fos com fos, els primers indicis de vida, segons Freeman Dyson (1923), van tenir lloc en una atmosfera neutra (no reductora com assegurava Oparin), ara fa uns 3.800 (indicis insegurs) o 3.500 Ma, durant l’eó Arcaic, en forma d’estromatòlits, resultat de l’activitat de cianofícies (èssers unicel·lulars procariotes amb capacitat de fotosíntesi).

Les restes de cèl·lules eucariotes apareixen fa uns 1.500 Ma., i els primers éssers plucicel·lulars van aparèixer fa uns 620 Ma. representats per la cèlebre fauna d’Ediacara (Australia), tot això durant el Proterozoic i, finalment, fa uns 570 Ma es va produir l’anomenada “explosió càmbrica” donant inici al Fanerozoic, amb el Paleozoic (o Era Primaria). Si voleu veure un resum de les principals fites de l’evolució biològica, cliqueu aquí

Amb això es demostra que les primeres manifestacions de la vida van ser formes molt senzilles les quals es van anar complicant amb el pas del temps, però que els éssers vivents no són pures màquines i que les seves partícules no estan determinades per una llei físico-química. En la matèria hi ha emergències inesperades i, per tant, un finalisme, però no és fàcil donar una definició exacta del què és la vida.

3ª Conferència: El problema de la classificació dels éssers vius

Fins no fa massa temps, a les escoles encara s’ensenyava que els éssers vius es classificaven en dos regnes, el vegetal i l’animal. Ara bé, magrat que avui dia els vivents es distribueixen en cinc regnes, la seva classificació encara és un problema ja que és dificil de veure’n la filogènia, és a dir, les branques que surten del tronc central.

Els intents per a classificar-los seriosament es remunten a l’època de Carl von Linné (1707-1778) el qual va proposar una classificació basada en un sistema binari (gènere+espècie) que encara és vigent a l’actualitat… però, on s’han de col·locar els “animàlculs” que ja Leeuwenhoek havia vist amb el primer microscopi? Per aquesta raó Ernst Haeckel (1834-1919) va proposar afegir-hi un nou regne: el dels protists. Aquesta classificació va perdurar fins mitjans del segle XX malgrat que ja molts es preguntaven si els fongs eren realment vegetals.

Robert H. Whittaker, al 1959, ja proposa una divisió en cinc regnes més racional i científica, de manera que als regnes vegetal i animal s’afegeix el regne dels fongs, els quals no són vegetals perquè no produeixen el seu propi aliment però tampoc són animals perquè no tenen sentits; també s’afegeix el regne de les moneres, terme introduït per E. Chetton l’any 1937, que inclou vivents procariotes (sense nucli o amb un nucli molt primitiu); i finalment també s’afegeix el regne dels protoctists on s’inclouen els éssers unicel·lulars i pluricel·lulars primitius però constituits per cel·lules eucariotes (amb nucli ben format on es localitzen els cromosomes).

Però qui va desenvolupar aquesta idea dels cinc regnes amb tot luxe de detalls i basant-se en els phyla (branques o llinatges) foren les doctores Lynn Margulis (1938-2011), esposa del cèlebre astrofísic Carl Sagan, i Karlene V. Schwartz en el seu llibre Five Kingdoms. An Illustrated Guide to the Phyla of Live on Earth, publicat l’any 1982. En aquest llibre es distingeixen 16 phyla de moneres, 27 de protoctistes, 5 de fongs, 32 d’animals i 9 de vegetals.i això fa un total de 89 phyla. A grans trets cada phylum es subdivideix en classes, cada classe en ordres i cada ordre en famílies les quals comprenen els gèreres i les espècies designades amb dos noms llatinitzats tal i com va proposar Carl von Linne l’any 1753. Nosaltres, per exemple, pertanyem al phylum: cordats, classe: mamífers, ordre: primats, família: homínids, gènere: Homo i espècie: sapiens, dit tot junt Homo sapiens.

Malgrat la gran feina de les doctores Margulis i Schwartz, la classificació dels éssers vius, com ja s’ha dit, continua essent un problema, per això Carl Woese (1928-2012) i George E. Fox (1945) proposen afegir un nou regne: el dels Archaea que inclouria els arqueobacteris, uns procariotes molt especials els quals podrien tenir una retirada als primers vivents sobre la Terra. Aquests arqueobacteris malgrat que semblen molt senzills, ja són tremendament complexos, però el pas d’una cèl·lula procariota a una eucariota és molt gran malgrat que es pensa que les cèl·lules eucariotes van evolucionar a partir de la incorporació i associació simbiòtica d’unes quantes cèl·lules procariotes, les quals van passar a ser orgànuls com són els mitocondris o els cloroplasts els quals tenen el seu propi ADN.

Veient tanta complicació en éssers tant simples, molts són els que es pregunten, entre ells el nostre Joan Oró, si hi pot haver vida en altres planetes. Per aquesta raó fa molts anys que s’envien ones de ràdio a l’espai i s’escolten possibles senyals procedents del cosmos, però sense cap resultat de moment. Alguns càlculs han estimat que a la nostra galàxia poden haver 0,8 planetes amb les condicions de la Terra... això ens fa pensar que estem ben sols.

4ª Conferència: Les mutacions i el seu paper en l’evolució dels vivents

Les mutacions són de gran importància i cal tenir-les molt en compte. Foren descobertes pel professor Hugo de Vries. El 1886 va començar a fer investigacions sobre plantes; a les rodalies hi havia uns camps abandonats on les herbes creixien abundants, en especial Oenothera lamarckiana. Però algunes poques mates eren diferents, i plantades les llavors perpetuaven aquestes diferències en les seves descendents. Durant 14 anys plantà exemplars de l´Oenothera que donaren tres espècies noves (d´altres només eren variants senzilles de la progenitora). Va retrobar les lleis de Mendel i va poder publicar la teoria de les mutacions, segons la qual a la natura poden aparèixer espècies noves de manera brusca i que no afecten l’espècie primera. Les noves espècies no són malaltisses, encara que poden ser més febles que l’originària. No tindrien a veure res amb les races dins de l’espècie.

Actualment, una mutació s’interpreta com un canvi en el genoma del ser viu que fa que l’aspecte extern variï. Mutació somàtica és la variació en una cèl·lula d’un adult i mutació germinal seria dins de la cèl·lula germinal d’aquell ésser. La primera origina una variació en una part de l’individu, com són els càncers. Si la cèl·lula en el codi genètic experimenta una mutació, s’anirà reproduint i originarà un tumor. Però quan la mutació és a la cèl·lula germinal, totes les cèl·lules del vivent variaran segons ella.

Dins de la germinal poden ser gèniques, quan només alteren un gen, o cromosòmiques, quan alteren tot un cromosoma, o genòmiques quan alteren la cèl·lula al complet i són les que originarien les espècies noves. D’aquí ve l’interès actual de l’estudi de les mutacions. Cal dir, però, que moltes mutacions serien degeneratives.

A començament del segle XX s’havia observat que amb la simple selecció natural calia molt de temps per arribar als organismes complexos. La sola selecció natural no explicaria, doncs, el fet de l’evolució. Quan De Vries trobà la mutació s’hi pogué afegir una altra explicació. Dobzhansky, Mayr i d’altres elaboraren la teoria sintètica de l’evolució, afegint-hi aquesta altra causa, però s’ha vist que tampoc així s’explica tot, ja que poques són les mutacions no degeneratives aïllables.

Els mutants més adaptats a l’entorn seran els que sobreviuran. Segons Luria i Delbrück, les mutacions tindrien un caràcter pre-adaptatiu. Kettlewell va estudiar el cas de la papallona Biston betularia (clares i fosques en poc percentatge, quan la contaminació ennegreix les soques dels arbres fa augmentar el percentatge de les fosques). Els gens reguladors quan hi ha un fet desfavorable “miren d’arreglar-ho”. El japonès Kimura proposà la hipòtesi del neutralisme, segons la qual els gens són neutres i per l’ambient fan els canvis.

L’estudi de les mutacions en el sentit de veure el volum que ha mutat serviria de rellotge molecular? Certament les mutacions que hi ha hagut entre una generació i una altra més o menys allunyada poden correspondre grosso modo al temps de la separació. Segons els gens variats es podrien saber les edats de les espècies. Sembla que hi hauria d’haver una proporcionalitat. Per`s’ha vist que és molt poc exacte. Les cèl·lules eucariotes s’haurien diferenciat de les procariotes fa 2000 milions d’anys, segons aquesta proporcionalitat, però la paleontologia demostra que aquesta diferenciació es produí fa 3000 milions d’anys. Els científics han vist que es poden produir mutacions per efecte de substàncies químiques i radioactives.

5ª Conferència: La ciència de la Genètica i el seu desenvolupament

L’estudi de l’herència biològica i de la seva transmissió s’anomena “Genètica”, No cal dir que aquesta ciència ha de tenir en compte el fet de l’evolució que científicament es inqüestionable. Deia Dobzhansky, fundador de la genètica: “tot en biologia té sentit a la llum de l’evolució”. Els no evolucionistes diuen que l’evolució no és una teoria científica, ja que en una teoria s’han de poder comprovar els fets sempre i que en els casos que es vagin donant s’acompleixi, cosa que no es pot fer amb l’evolució (caldria tornar a les condicions de fa 4.500 milions d’anys). Però sí que pràcticament la demostren molts fets.

Cada any es publiquen milers de treballs sobre genètica. Gràcies a ella hi ha hagut avenços en els cultius (com el cotó més fort). Els pesticides acaben amb quasi tots els insectes a excepció dels que en son resistents; es poden crear plantes que no siguin atacades pels insectes.

Ja sabem que és ben compatible amb el fe cristiana. El professor de Munic, Romano Guardini, ens exposa com cal llegir la Bíblia que està escrita en un gènere literari molt concret. També F. J. Ayala explica molt bé com no hi ha cap oposició entre la teoria de l’evolució i la fe en un Déu creador (2007). No cal oposar-se a l’evolucionisme, com fan William Paley (1802) que es meravellava de l’ull humà, que creia necessàriament creat directament per Déu. Modernament, els seus seguidors, M. Behe, W Demski i P. Johnson a la dècada dels 1990, amb la teoria del “disseny intel·ligent”. Per a Behe el sistema actual no pot ser precursor d’un sistema irreductible no funcional; Déu ha posat unes lleis que regeixen el món.

Més encara podem dir amb John Haugt que “la teoria evolucionista és un regal de Darwin a la teologia”, perquè ens diu com Déu sap actuar per les causes segones. Però sí sabem que el pur atzar hauria portat al caos.

L’evolució explicaria les incongruències del món vivent, segons Ayala. Primer seria creat i després funcionaria segons les lleis de la natura posades per Déu. Ja que Déu ha posat unes tendències i no ho ha deixat tot a l’atzar (el qual ens portaria al caos). Joan Pau II afirmà que el nou coneixement científic ens ha portat a dir que l’evolució no és una hipòtesi, sinó una teoria acceptada pels científics amb base sòlida.

Va ser Bateson qui el 1905 donà nom de “Genètica” a aquella ciència de la transmissió de l’herència biològica. La semblança dels fills amb els pares és el que estudia la genètica (de vegades els fills no s’assemblen pas del tot als pares). Sabem que va ser Mendel el seu iniciador, amb les seves conclusions sobre els pèsols al 1856. Lles seves conclusions foren ratificades per De Vries i, poc més tard, per Correns i Tschermack. El 1902 Sutton i Boveri ja van poder afirmar que els “factors” mendelians de la transmissió es trobaven en els cromosomes. I el 1909, Johansen donà a aquests factors el nom de gens (o “genes”).

Morgan, el 1910, començà a investigar amb la mosca del vinagre com trobar el lloc dels gens en els cromosomes. El 1915 publicà unes primeres conclusions. El 1926 afirmà que havia identificat centenars de gens, irradiant ous amb raigs X i veient que s’alterava en l’individu. Premi Nobel de 1933, havia senyalat el camí per on calia anar. A partir del 1950 hi ha metodologies  més eficaces per a aquesta investigació que, segons estadístiques ja ha acomplert l’estudi de 580 genomes. S’inicia l’estudi del genoma humà el 1990. El 2003, un conjunt de laboratoris acordaren el projecte ENCODE del genoma humà, del qual, el setembre de 2012 es publicaren els resultats, fins ara només en tenim la seqüència, formada per 30.000 gens. Ara en caldrà la identificació.

Als cromosomes hi ha l’Àcid Desoxiribonuclèic (ADN) i l’Àcid RiboNuclèic (ARN) serien els transmissors dels caràcters. L’ADN és una llarguíssima escala de cargol amb dues bandes unides per bases nitrogenades característiques de cadascun. Si s’estirés una molècula de tot l’ADN humà seria sis vegades la distància de la Terra al Sol.