Desentrañando el origen de la vida: cinco avances clave de los últimos cinco años

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

La definición de vida en sí es fuente de debate entre los científicos, pero la mayoría de los investigadores están de acuerdo sobre los ingredientes fundamentales de una célula viva. Agua, energía y algunos elementos esenciales son los requisitos previos para que surjan 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 condiciones primitivas de la Tierra.

Sin embargo, lejos de reunir a los científicos y zanjar el debate, el auge 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 entorno porque es más probable que contengan moléculas orgánicas de 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 primeras células.

¿Qué fuente de energía impulsó las reacciones químicas en el origen de la vida? Este es el misterio que un equipo de investigación en Alemania ha tratado de desentrañar. El equipo profundizó en 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 universalun organismo unicelular parecido a una bacteria.

Para cada reacción, calcularon los cambios en la energía libre, lo que determina si una reacción puede continuar 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 de energía externa: era autosostenible.

vidrio volcánico

La vida depende de moléculas para almacenar y transmitir información. Los científicos creen que las hebras 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. Las hebras que formaron eran lo suficientemente largas como para almacenar y transferir información.

El vidrio volcánico estuvo presente en la Tierra primitiva, gracias a los frecuentes impactos de meteoritos junto 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 CO₂ gana electrones. Es necesario construir las moléculas que forman la base de la vida.

Es necesario un donante de electrones para impulsar esta reacción. En la Tierra primitiva, 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 simulando respiraderos alcalinos.

Este camino es sorprendentemente similar a 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 esas enzimas. En 2019, un equipo de la Universidad de Estrasburgo en Francia hizo un descubrimiento. Demostraron que el hierro ferroso, un tipo de hierro que abundaba en la corteza terrestre y en el océano primitivo, podía impulsar nueve de los 11 pasos de la Tierra. el ciclo de krebs. El ciclo de Krebs es una vía biológica presente en muchas células vivas.

Aquí, 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 rutas 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 en tierra o en las profundidades del 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 por 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 constituyen las colas, pueden autoensamblarse en esas membranas bicapa en un gama de condiciones ambientales. ¿Pero estaban presentes estos ácidos grasos en la Tierra primitiva? Una investigación reciente de la Universidad de Newcastle, Reino Unido, da una respuesta interesante. Investigadores recreado la formación espontánea de estas moléculas mediante la combinación de fluidos ricos en H₂, probablemente presentes en antiguos respiraderos hidrotermales alcalinos, con CO₂-Agua rica que se asemeja al océano primitivo.

Este avance se alinea 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 desarrollarse reacciones químicas similares en los océanos subterráneos de las lunas heladas, que se cree que tienen respiraderos hidrotermales similares a los terrestres.

Cada uno de estos descubrimientos añade una nueva pieza al rompecabezas del origen de la vida. Independientemente de cuáles resulten ser correctas, teorías contrastantes están impulsando la búsqueda de respuestas.

Como Charles Darwin escribió: «Los hechos falsos son muy perjudiciales para el progreso de la ciencia porque a menudo perduran durante mucho tiempo; pero los puntos de vista falsos, si están respaldados por alguna evidencia, causan poco daño, porque todos sienten un placer saludable al demostrar su falsedad; y cuando se hace esto, uno El camino hacia el error está cerrado y, a menudo, al mismo tiempo se abre el camino hacia la verdad”.

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