Cómo Comenzó La Vida: Una Nueva Investigación Sugiere Un Enfoque Simple

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Los científicos creen que las primeras formas de vida crecieron, se reproducieron y evolucionaron sin las moléculas complejas que definen la biología actual.

En algún lugar de la Tierra, hace casi 4 mil millones de años, un conjunto de reacciones moleculares activó un interruptor y se convirtió en vida. Los científicos intentan imaginar este evento animador simplificando los procesos que caracterizan a los seres vivos.

Una nueva investigación sugiere que la simplificación debe ir más allá.

Todos los organismos actualmente conocidos dependen del ADN para replicarse y de las proteínas para ejecutar la maquinaria celular, pero es probable que estas grandes moléculas, tejidos intrincados de miles de átomos, no hayan existido para los primeros organismos en utilizarlos.

"La vida podría haberse iniciado a partir de las pequeñas moléculas que proporcionaba la naturaleza", dice Robert Shapiro, químico de la Universidad de Nueva York.

Shapiro y otros insisten en que las primeras formas de vida fueron experimentos químicos autocontenidos que crecieron, se reproducieron e incluso evolucionaron sin necesidad de las moléculas complicadas que definen la biología como la conocemos ahora.

Sopa primordial

Una historia del origen de la vida que se cuenta a menudo es que los complejos compuestos biológicos se ensamblan por casualidad a partir de un caldo orgánico en la superficie de la Tierra primitiva. Esta síntesis prebiótica culminó con una de estas biomoléculas capaces de hacer copias de sí misma.

El primer apoyo para esta idea de vida que surgió de la sopa primordial provino del famoso experimento de Stanley Miller y Harold Urey en 1953, en el que fabricaron aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, al aplicar chispas a un tubo de ensayo de hidrógeno. Metano, amoniaco, y agua.

Si los aminoácidos se pudieran juntar a partir de ingredientes crudos, las moléculas más grandes y complejas probablemente se formen si se les da suficiente tiempo. Los biólogos han ideado varios escenarios en los que este conjunto se lleva a cabo en pozas de marea, cerca de respiraderos volcánicos submarinos, en la superficie de sedimentos de arcilla, o incluso en el espacio exterior.

Pero, ¿fueron las primeras moléculas complejas proteínas o ADN o algo más? Los biólogos enfrentan un problema de gallina y huevo en el sentido de que las proteínas son necesarias para replicar el ADN, pero el ADN es necesario para instruir la construcción de proteínas.

Muchos investigadores, por lo tanto, piensan que el ARN, un primo del ADN, puede haber sido la primera molécula compleja en la que se basó la vida. El ARN transporta información genética como el ADN, pero también puede dirigir reacciones químicas como lo hacen las proteínas.

Metabolismo primero

Shapiro, sin embargo, piensa que este llamado "mundo de ARN" todavía es demasiado complejo para ser el origen de la vida. Las moléculas portadoras de información como el ARN son secuencias de "bits" moleculares. La sopa primordial estaría llena de cosas que terminarían estas secuencias antes de que crecieran lo suficiente como para ser útiles, dice Shapiro.

"Al principio, no podías tener material genético que pudiera copiarse a sí mismo a menos que tuvieras químicos que lo hicieran por ti", dijo Shapiro. WordsSideKick.com.

Las grandes preguntas de la vida

¿Cuando? Los fósiles más antiguos conocidos, llamados estromatolitos, tienen alrededor de 3.500 millones de años. Aunque debatidas, estas estructuras coloniales parecen haberse formado por cianobacterias fotosintéticas (algas azul-verdes). Los organismos más simples probablemente vinieron antes.

¿Dónde? Las principales teorías que compiten son el arranque en caliente frente al arranque en frío. La una afirma que la primera vida se alimentó de la química del azufre cerca de una ventilación volcánica caliente, mientras que la otra dice que las temperaturas tenían que ser más frías para tener bio-moléculas estables.

¿Qué? El análisis genético muestra que los hipertermófilos se sientan cerca de la raíz del árbol de la vida, lo que implica un origen antiguo. Pero esto no significa que estos microbios amantes del calor fueron los primeros en respirar la vida; es posible que simplemente hayan sobrevivido a los impactos de meteoritos que destruyeron todo lo demás en la Tierra primordial. Lo que es más seguro es que los primeros organismos fueron anaeróbicos, ya que había muy poco oxígeno en la atmósfera primitiva de nuestro planeta.

En lugar de moléculas complejas, la vida comenzó con pequeñas moléculas que interactúan a través de un ciclo cerrado de reacciones, sostiene Shapiro en la edición de junio de la Revisión trimestral de biología. Estas reacciones producirían compuestos que se retroalimentarían en el ciclo, creando una red de reacción cada vez mayor.

Toda la química interrelacionada podría estar contenida en membranas simples, o lo que el físico Freeman Dyson llama "bolsas de basura". Estos podrían dividirse al igual que las células, con cada nueva bolsa que lleva los productos químicos para reiniciar (o replicar) el ciclo original. De esta manera, la información "genética" podría ser transmitida.

Además, el sistema podría evolucionar creando moléculas más complicadas que realizarían las reacciones mejor que las moléculas pequeñas. "El sistema aprendería a hacer moléculas ligeramente más grandes", dice Shapiro.

Este origen de la vida basado en moléculas pequeñas a veces se denomina "metabolismo primero" (para contrastarlo con el mundo de "genes primero" ARN). Para responder a los críticos que dicen que la química de moléculas pequeñas no está lo suficientemente organizada para producir vida, Shapiro introduce el concepto de una "reacción del conductor" energéticamente favorable que actuaría como un motor constante para ejecutar los diversos ciclos.

Conduciendo el primer paso en la evolución.

Un posible candidato para la reacción del conductor de Shapiro podría haber sido descubierto recientemente en un microbio submarino, Methanosarcina acetivorans, que come monóxido de carbono y expulsa metano y acetato (relacionado con el vinagre).

El biólogo James Ferry y el geoquímico Christopher House de la Universidad de Penn State descubrieron que este organismo primitivo puede obtener energía de una reacción entre el acetato y el mineral sulfuro de hierro.En comparación con otros procesos de aprovechamiento de energía que requieren docenas de proteínas, esta reacción basada en acetato se ejecuta con la ayuda de solo dos proteínas muy simples.

Los investigadores proponen en la edición de este mes de Biología Molecular y Evolución que este ciclo geoquímico reducido fue lo que los primeros organismos utilizaron para impulsar su crecimiento. "Este ciclo es de donde emana toda la evolución", dice Ferry. "Es el padre de toda la vida".

Shapiro es escéptico: algo tenía que formar las dos proteínas. Pero él piensa que este descubrimiento podría apuntar en la dirección correcta. "Tenemos que dejar que la naturaleza nos instruya", dice.


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