Descubriendo la génesis de la vida: cinco descubrimientos importantes en los últimos cinco años

Todavía hay muchas cosas que no entendemos sobre el origen de la vida en la Tierra.

La definición misma de vida es fuente de debate entre los científicos, pero la mayoría de los investigadores están de acuerdo en los ingredientes fundamentales de una célula viva. El agua, la energía y algunos elementos esenciales son los requisitos previos para el surgimiento de las células. Sin embargo, los detalles exactos de cómo sucede esto siguen siendo un misterio.

Investigaciones recientes se han centrado en intentar recrear en el laboratorio las reacciones químicas que constituyen la vida tal como la conocemos, en condiciones plausibles para la Tierra primitiva (hace unos 4 mil millones de años). Los experimentos han aumentado en complejidad gracias al progreso tecnológico y a una mejor comprensión de cómo eran las primeras condiciones de la Tierra.

Sin embargo, lejos de reunir a los científicos y resolver el debate, el aumento del trabajo experimental ha dado lugar a muchas teorías contradictorias. Algunos científicos creen que la vida surgió en las profundidades del mar respiraderos hidrotermales, donde las condiciones proporcionaron la energía necesaria. Otros sostienen que aguas termales en tierra Habría proporcionado un mejor escenario porque es más probable que retengan moléculas orgánicas de los meteoritos. Éstas son sólo dos posibilidades que se están investigando.

A continuación se presentan cinco de los descubrimientos más notables de los últimos cinco años.

Reacciones en las células iniciales.

¿Qué fuente de energía impulsó las reacciones químicas que dieron origen a la vida? Este es el misterio que un equipo de investigación en Alemania ha tratado de desentrañar. El equipo investigó la viabilidad de 402 reacciones que se sabe que crean algunos de los componentes esenciales de la vida, como nucleótidos (un componente básico del ADN y el ARN). Lo hicieron utilizando algunos de los elementos más comunes que podrían haberse encontrado en la Tierra primitiva.

También se cree que estas reacciones, presentes en las células modernas, son el metabolismo central de LUCA, el último ancestro común universalOrganismo unicelular similar a una bacteria.

Para cada reacción, calcularon los cambios en la energía libre, lo que determina si una reacción puede ocurrir sin otras fuentes externas de energía. Lo fascinante es que muchas de estas reacciones fueron independientes de influencias externas. como trifosfato de adenosinauna fuente universal de energía en las células vivas.

La síntesis de los componentes fundamentales de la vida no necesitaba un impulso energético externo: era autosostenida.

vidrio volcánico

La vida depende de moléculas para almacenar y transmitir información. Los científicos creen que las cadenas de ARN (ácido ribonucleico) eran precursores del ADN en el cumplimiento de esta función, ya que su estructura es más sencilla.

La aparición del ARN en nuestro planeta ha desconcertado a los investigadores durante mucho tiempo. Sin embargo, recientemente se han logrado algunos avances. En 2022, un equipo de colaboradores en EE.UU. generaron cadenas de ARN estables en el laboratorio. Lo hicieron pasando nucleótidos a través de vidrio volcánico. Los cables que hicieron eran lo suficientemente largos para almacenar y transferir información.

El vidrio volcánico estuvo presente en la Tierra primitiva, gracias a los frecuentes impactos de meteoritos combinados con una alta actividad volcánica. Los nucleótidos utilizados en el estudio también son se cree que estuvo presente en ese momento de la historia de la Tierra. Las rocas volcánicas podrían haber facilitado las reacciones químicas que ensamblaron los nucleótidos en cadenas de ARN.

Respiraderos hidrotermales

La fijación de carbono es un proceso en el que el CO₂ gana electrones. Es necesario construir las moléculas que forman la base de la vida.

Se necesita un donante de electrones para impulsar esta reacción. En la Tierra primitiva, el H₂ podría haber sido el donante de electrones. En 2020, un equipo de colaboradores mostró que esta reacción podría ocurrir espontáneamente y ser impulsada por condiciones ambientales similares a las de los respiraderos hidrotermales alcalinos de las profundidades marinas en el océano primitivo. Hicieron esto usando tecnología de microfluidosDispositivos que manipulan pequeños volúmenes de líquidos para realizar experimentos que simulan respiraderos alcalinos.

Este camino es sorprendentemente similar cuántas células bacterianas y arqueas modernas (organismos unicelulares sin núcleo) operan.

El ciclo de Krebs

En las células modernas, a la fijación de carbono le sigue una cascada de reacciones químicas que ensamblan o descomponen moléculas, en intrincadas redes metabólicas impulsadas por enzimas.

Pero los científicos todavía están debatiendo cómo se desarrollaban las reacciones metabólicas antes de la aparición y evolución de estas enzimas. En 2019, un equipo de la Universidad de Estrasburgo, Francia, llevó a cabo un avance. Demostraron que el hierro ferroso, un tipo de hierro abundante en la corteza terrestre y en los primeros océanos, podía realizar nueve de los 11 pasos de la el ciclo de krebs. El ciclo de Krebs es una vía biológica presente en muchas células vivas.

En este caso, el hierro ferroso actuó como donante de electrones para la fijación de carbono, lo que impulsó la cascada de reacciones. Las reacciones produjeron los cinco precursores metabólicos universales: cinco moléculas que son fundamentales en diversas vías metabólicas de todos los organismos vivos.

Bloques de construcción de membranas celulares antiguas

Comprender la formación de los componentes básicos de la vida y sus intrincadas reacciones es un gran paso adelante para comprender el surgimiento de la vida.

Sin embargo, ya sea que se desarrollaran en aguas termales terrestres o bajo el mar, estas reacciones no habrían llegado muy lejos sin una membrana celular. Las membranas celulares desempeñan un papel activo en la bioquímica de una célula primitiva y su conexión con el medio ambiente.

Las membranas celulares modernas están compuestas principalmente de compuestos llamados fosfolípidos, que contienen una cabeza hidrófila y dos colas hidrófobas. Están estructurados en bicapas, con las cabezas hidrófilas apuntando hacia afuera y las colas hidrófobas apuntando hacia adentro.

Las investigaciones han demostrado que algunos componentes de los fosfolípidos, como los ácidos grasos que forman las colas, pueden autoensamblarse en estas membranas bicapa en una gama de condiciones ambientales. ¿Pero estaban presentes estos ácidos grasos en la Tierra primitiva? Una investigación reciente de la Universidad de Newcastle, en el Reino Unido, proporciona una respuesta interesante. Investigadores recreado la formación espontánea de estas moléculas por la combinación de fluidos ricos en H₂, probablemente presentes en antiguos respiraderos hidrotermales alcalinos, con agua rica en CO₂ similar al océano primitivo.

Este descubrimiento está en línea con la hipótesis de que las membranas estables de ácidos grasos podrían haberse originado en respiraderos hidrotermales alcalinos y potencialmente progresar hasta convertirse en células vivas. Los autores especularon que podrían ocurrir reacciones químicas similares en los océanos subterráneos de las lunas heladas, que se cree que tienen respiraderos hidrotermales similares a los de la Tierra.

Cada uno de estos descubrimientos añade una nueva pieza al rompecabezas del origen de la vida. Independientemente de cuál resulte correcta, teorías contrastantes están impulsando la búsqueda de respuestas. Como Charles Darwin el escribio:

Los hechos falsos son muy perjudiciales para el progreso de la ciencia, porque a menudo persisten durante mucho tiempo; pero las opiniones falsas, si están respaldadas por alguna evidencia, causan poco daño, ya que todos sienten un saludable placer al probar su falsedad; y cuando se hace esto, se cierra el camino al error y a menudo se abre al mismo tiempo el camino a la verdad.

Seán Jordan recibe financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte Europa de la Unión Europea (acuerdo de subvención nº 1101114969) y de la Science Foundation Ireland (premio SFI Pathway 22/PATH-S/10692). Está afiliado a Origin of Life Early Career Network (OoLEN).

Louise Gillet de Chalonge recibe financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte Europa de la Unión Europea (acuerdo de subvención nº 1101114969). Está afiliada a Origin of Life Early Career Network (OoLEN).

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