Nuestra tarea ahora es resintentizar la biología; volver a poner el organismo en su entorno; reconectarlo de nuevo con su pasado evolutivo; y permitirnos sentir ese flujo complejo que es organismo, evolución y entorno unidos. Ha llegado el momento de que la biología entre en el mundo no lineal.
Carl Richard Woese fue un microbiólogo y biofísico estadounidense. Woese es famoso por definir las Arqueas, un nuevo dominio de la vida en 1977 mediante la taxonomía filogenética del ARN ribosómico 16S, una técnica que él pioneered que revolucionó la microbiología. También originó la hipótesis del mundo de ARN en 1967, aunque no con ese nombre. Woese ocupó la Cátedra Stanley O. Ikenberry y fue profesor de microbiología en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Vida y educación
Carl Woese nació en Syracuse, Nueva York el 15 de julio de 1928. Woese asistió a Deerfield Academy en Massachusetts. Recibió una licenciatura en matemáticas y física del Amherst College en 1950. Durante su tiempo en Amherst, Woese tomó solo un curso de biología, Bioquímica, en su último año y no tenía "interés científico en plantas y animales" hasta que William M. Fairbank, entonces profesor asistente de física en Amherst, le aconsejó que siguiera biofísica en Yale.
En 1953, completó un Ph.D. en biofísica en Yale University, donde su investigación doctoral se centró en la inactivación de virus por calor y radiación ionizante. Estudió medicina en la Universidad de Rochester durante dos años, abandonando dos días después de comenzar una rotación de pediatría. Luego se convirtió en investigador postdoctoral en biofísica en Yale University investigando esporas bacterianas. De 1960–63, trabajó como biofísico en el General Electric Research Laboratory en Schenectady, Nueva York. En 1964, Woese se unió a la facultad de microbiología de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, donde se enfocó en Arqueas, genómica y evolución molecular como sus áreas de experiencia. Se convirtió en profesor en el Carl R. Woese Institute for Genomic Biology de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que fue renombrado en su honor en 2015, después de su muerte.
Woese murió el 30 de diciembre de 2012, por complicaciones del cáncer de páncreas.
Trabajo y descubrimientos
Trabajo temprano sobre el código genético
Woese dirigió su atención al código genético mientras configuraba su laboratorio en Knolls Laboratory de General Electric en el otoño de 1960. El interés entre físicos y biólogos moleculares había comenzado a coalescer en torno a descifrar la correspondencia entre los veinte aminoácidos y el alfabeto de cuatro letras de las bases de ácidos nucleicos en la década siguiente al descubrimiento de James D. Watson, Francis Crick y Rosalind Franklin de la estructura del ADN en 1953. Woese publicó una serie de artículos sobre el tema. En uno, dedujo una tabla de correspondencia entre lo que entonces se conocía como "ARN soluble" y ADN basada en sus respectivas relaciones de pares de bases. Luego reevaluó datos experimentales asociados con la hipótesis de que los virus usaban una base, en lugar de un triplete, para codificar cada aminoácido, y sugirió 18 codones, prediciendo correctamente uno para prolina. Otros trabajos establecieron la base mecanicista de la traducción de proteínas, pero en opinión de Woese, en gran medida pasaron por alto los orígenes evolutivos del código genético como una ocurrencia tardía.
En 1962 Woese pasó varios meses como investigador visitante en el Pasteur Institute en París, un locus de intensa actividad en la biología molecular de la expresión génica y la regulación génica. Mientras estaba en París, conoció a Sol Spiegelman, quien invitó a Woese a visitar la Universidad de Illinois después de escuchar sus objetivos de investigación; en esta visita Spiegelman le ofreció a Woese una posición con tenure inmediato comenzando en el otoño de 1964. Con la libertad de perseguir pacientemente hilos más especulativos de investigación fuera de la corriente principal de la investigación biológica, Woese comenzó a considerar el código genético en términos evolutivos, preguntándose cómo las asignaciones de codones y su traducción en una secuencia de aminoácidos podrían haber evolucionado.
Descubrimiento del tercer dominio
Durante gran parte del siglo XX, los procariotas fueron considerados un único grupo de organismos y clasificados en función de su bioquímica, morfología y metabolismo. En un artículo altamente influyente de 1962, Roger Stanier y C. B. van Niel establecieron por primera vez la división de la organización celular en procariotas y eucariotas, definiendo procariotas como aquellos organismos que carecen de un núcleo celular. Adaptado de la generalización de Édouard Chatton, el concepto de Stanier y Van Niel fue aceptado rápidamente como la distinción más importante entre organismos; sin embargo, eran escépticos de los intentos de los microbiólogos de construir una clasificación filogenética natural de bacterias. Sin embargo, se asumió generalmente que toda la vida compartía un ancestro prokariota común implícito por la raíz griega πρό pro-, antes, frente a.
En 1977, Carl Woese y George E. Fox refutaron experimentalmente esta hipótesis universalmente sostenida sobre la estructura básica del árbol de la vida. Woese y Fox descubrieron un tipo de vida microbiana a la que llamaron "archaebacteria" Arqueas. Informaron que las archaebacteria constituían "un tercer reino" de la vida tan distinto de las bacterias como las plantas y los animales. Habiendo definido las Arqueas como un nuevo "urkingdom" posteriormente dominio que no eran ni bacterias ni eucariotas, Woese redibujó el árbol taxonómico. Su sistema de tres dominios, basado en relaciones filogenéticas en lugar de similitudes morfológicas obvias, dividió la vida en 23 divisiones principales, incorporadas en tres dominios: Bacteria, Archaea y Eucarya.
La aceptación de la validez de la clasificación filogenéticamente válida de Woese fue un proceso lento. Biólogos prominentes incluido Salvador Luria y Ernst Mayr se opusieron a su división de los procariotas. No toda la crítica en su contra se limitó al nivel científico. Una década de catalogación de oligonucleótidos intensiva en laboratorio lo dejó con la reputación de ser "un excéntrico", y Woese sería denominado como "Microbiology's Scarred Revolutionary" por un artículo de noticias impreso en la revista Science. El creciente cuerpo de datos de apoyo llevó a la comunidad científica a aceptar las Arqueas a mediados de los años 80. Hoy, pocos científicos se aferrán a la idea de un Prokarya unificado.
El trabajo de Woese sobre Arqueas también es significativo en sus implicaciones para la búsqueda de vida en otros planetas. Antes del descubrimiento de Woese y Fox, los científicos pensaban que las Arqueas eran organismos extremos que evolucionaron de los microorganismos más familiares para nosotros. Ahora, la mayoría cree que son antiguos, y pueden tener conexiones evolutivas robustas con los primeros organismos en la Tierra. Los organismos similares a esos arqueas que existen en ambientes extremos pueden haberse desarrollado en otros planetas, algunos de los cuales albergan condiciones propicias para la vida extremófila.
Notablemente, la elucidación de Woese del árbol de la vida muestra la diversidad abrumadora de linajes microbianos: los organismos unicelulares representan la gran mayoría de la diversidad genética, metabólica y de nicho ecológico de la biosfera. Como los microbios son cruciales para muchos ciclos biogeoquímicos y para el funcionamiento continuo de la biosfera, los esfuerzos de Woese para aclarar la evolución y diversidad de los microbios proporcionaron un servicio invaluable para ecólogos y conservacionistas. Fue una contribución importante a la teoría de la evolución y a nuestro conocimiento de la historia de la vida.
Evolución de los tipos celulares primarios
Woese también especuló sobre una era de evolución rápida en la que se produjo una transferencia horizontal significativa de genes entre organismos. Descrita por primera vez por Woese y Fox en un artículo de 1977, estos organismos, o progenotes, fueron imaginados como protocélulas con muy baja complejidad debido a su aparato de traducción propenso a errores "canal de transmisión genética ruidoso", que produjo altas tasas de mutación que limitaban la especificidad de la interacción celular y el tamaño del genoma. Este aparato de traducción temprano habría producido un grupo de proteínas estructuralmente similares y funcionalmente equivalentes, en lugar de una única proteína. Además, debido a esta especificidad reducida, todos los componentes celulares eran susceptibles a la transferencia horizontal de genes, y la evolución rápida ocurrió a nivel del ecosistema.
La transición a células modernas el "Umbral Darwiniano" ocurrió cuando los organismos evolucionaron mecanismos de traducción con niveles modernos de fidelidad: el desempeño mejorado permitió que la organización celular alcanzara un nivel de complejidad e interconexión que hizo que los genes de otros organismos fueran mucho menos capaces de desplazar los genes propios de un individuo.
En años posteriores, el trabajo de Woese se concentró en análisis genómico para dilucidar la importancia de la transferencia horizontal de genes HGT para la evolución. Trabajó en análisis detallados de las filogenias de los aminoacil-ARNt sintetasas y en el efecto de la transferencia horizontal de genes en la distribución de esas enzimas clave entre organismos. El objetivo de la investigación era explicar cómo los tipos celulares primarios, los arqueos, eubacteriales y eucarióticos evolucionaron de un estado ancestral en el mundo de ARN.
Perspectivas sobre biología
Woese compartió sus pensamientos sobre el pasado, presente y futuro de la biología en Current Biology:
Las "preguntas importantes" que la biología del siglo XXI enfrenta todas provienen de una única pregunta, la naturaleza y generación de la organización biológica. . . . Sí, Darwin está de vuelta, pero en compañía de . . . científicos que pueden ver mucho más profundamente en las profundidades de la biología que lo que fue posible hasta ahora. Ya no es una vista de "10,000 especies de aves" de la evolución—la evolución vista como un desfile de formas. La preocupación es ahora con el proceso de la evolución en sí.
Veo la cuestión de la organización biológica tomando dos direcciones prominentes hoy. La primera es la evolución de la organización celular (proteinácea), que incluye subpreguntas como la evolución del aparato de traducción y el código genético, y el origen y naturaleza de las jerarquías de control que afinan e interrelacionan precisamente la panoply de procesos celulares que constituyen células. También incluye la pregunta del número de diferentes tipos celulares básicos que existen en la Tierra hoy: ¿vinieron todas las células modernas de una única organización celular ancestral?
La segunda dirección principal involucra la naturaleza del ecosistema global. . . . Las bacterias son los organismos principales en este planeta—en números, en masa total, en importancia para los balances globales. Por lo tanto, es la ecología microbiana la que . . . está más en necesidad de desarrollo, tanto en términos de hechos necesarios para entenderla, como en términos del marco en el que interpretarlos.
Woese consideraba que la biología tenía un papel "de suma importancia" en la sociedad. En su opinión, la biología debería servir un propósito más amplio que la búsqueda de "un entorno ingenierizado":
Lo que fue formalmente reconocido en la física necesita ahora ser reconocido en la biología: la ciencia sirve una función dual. Por un lado, es la servidora de la sociedad, atacando los problemas aplicados planteados por la sociedad. Por otro lado, funciona como maestra de la sociedad, ayudando a la última a entender su mundo y a sí misma. Es esta última función la que está efectivamente ausente hoy.
Honores y legado científico
Woese fue MacArthur Fellow en 1984, fue hecho miembro de la National Academy of Sciences en 1988, recibió la Medalla Leeuwenhoek, el honor más alto de la microbiología, en 1992, el Selman A. Waksman Award in Microbiology en 1995 de la National Academy of Sciences, y fue recipiente de la Medalla Nacional de Ciencia en 2000. En 2003, recibió el Premio Crafoord de la Royal Swedish Academy of Sciences "por su descubrimiento de un tercer dominio de la vida". En 2006, fue hecho miembro extranjero de la Royal Society.
Muchas especies microbianas, como Pyrococcus woesei, Methanobrevibacter woesei y Conexibacter woesei, fueron nombradas en su honor.
El microbiólogo Justin Sonnenburg de Stanford University dijo "El artículo de 1977 es uno de los más influyentes en microbiología y argumentablemente, toda la biología. Se equipara con los trabajos de Watson y Crick y Darwin, proporcionando un marco evolutivo para la increíble diversidad del mundo microbiano".
Con respecto al trabajo de Woese sobre transferencia horizontal de genes como un proceso evolutivo primario, el profesor Norman R. Pace de la Universidad de Colorado en Boulder dijo, "Creo que Woese ha hecho más por la biología en general que cualquier biólogo en la historia, incluyendo Darwin... Hay mucho más que aprender, y él ha estado interpretando la historia emergente brillantemente".
Publicaciones seleccionadas
Libros
- Woese, Carl 1967. The Genetic Code: the Molecular Basis for Genetic Expression. Nueva York: Harper & Row. OCLC 293697.
Artículos seleccionados
- Woese, Carl R.; George E. Fox 1977. "Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 11: 5088–5090. Bibcode:1977PNAS...74.5088W. doi:10.1073/pnas.74.11.5088. ISSN 0027-8424. PMC 432104. PMID 270744.
- Woese, Carl R. June 1, 1987. "Bacterial evolution". Microbiological Reviews. 51 2: 221–271. doi:10.1128/MMBR.51.2.221-271.1987. PMC 373105. PMID 2439888.
- Woese, Carl R.; O Kandler; M L Wheelis 1990. "Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 12: 4576–4579. Bibcode:1990PNAS...87.4576W. doi:10.1073/pnas.87.12.4576. ISSN 0027-8424. PMC 54159. PMID 2112744.
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