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protocélulas en burbujas

Las rocas porosas en las proximidades de las actividades volcánicas se calentaron parcialmente

¿Dónde y cómo comenzó la vida en la Tierra primitiva hace más de 3.500 millones de años a partir de sustancias químicas inertes? Una necesidad clave para las primeras células de la Tierra era la capacidad de formar compartimentos y evolucionar para facilitar las primeras reacciones químicas.

Las microgotitas coacervadas sin membrana son excelentes candidatas para describir protocélulas, con la capacidad de dividir, concentrar moléculas y sustentar reacciones bioquímicas. Los científicos aún no han demostrado cómo esas microgotas podrían haber evolucionado para comenzar la vida en la Tierra.

Investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética en Dresde y del Centro de Nanociencia (CeNS) en la Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) en Múnich demuestran ahora por primera vez, que el crecimiento y la división de microgotitas sin membrana es posible en un entorno similar a las burbujas de gas dentro de un poro de roca caliente en la Tierra primitiva. Sugieren que la vida pudo haber tenido su origen allí.

El equipo alrededor de Dora Tang, líder del grupo de investigación del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética, demostró en 2018 que el ARN simple está activo dentro de microgotitas sin membrana, lo que permite un entorno químico adecuado para el comienzo de la vida. Esos experimentos se llevaron a cabo en un entorno acuoso simple, donde se equilibraron las fuerzas en competencia. Sin embargo, las células necesitan un entorno en el que puedan dividirse y evolucionar continuamente.

Para encontrar un escenario más adecuado para los experimentos del origen de la vida, Dora se asoció con Dieter Braun, profesor de Biofísica de Sistemas en la LMU en Munich. Su grupo desarrolló condiciones con un ambiente no balanceado que permiten múltiples reacciones en un solo escenario y donde las células pueden evolucionar. Sin embargo, esas células no son como las células que hoy conocemos, sino más bien como precursoras de las células actuales, también llamadas protocélulas, hechas de coacervados sin membrana.

protocélulas coacervadas

Imagen: Fusión, división y transporte de protocélulas coacervadas dentro de un poro térmico.

Agua que contiene poros con burbujas de gas

El entorno, creado por el laboratorio de Braun, es un escenario probable en la Tierra primitiva, donde las rocas porosas en el agua en las proximidades de las actividades volcánicas se calentaron parcialmente. Para sus experimentos, Dora y Dieter utilizaron poros que contienen agua con una burbuja de gas y un gradiente térmico (un polo frío y uno caliente) para ver si las protoceldas se dividirían y evolucionarían. Alan Ianeselli, primer autor del estudio y estudiante de doctorado en el laboratorio de Dieter Braun, explica que "sabían que la interfaz del gas y el agua atraía moléculas. Las protocélulas se localizan y acumulan allí, y se ensamblan en otras más grandes. Por eso elegimos este entorno en particular".

De hecho, los investigadores observaron que las moléculas y las protocélulas iban a la interfaz gas-agua para formar protocélulas más grandes a partir de azúcar, aminoácidos y ARN. Alan continúa diciendo que "también observaron que las protocélulas eran capaces de dividirse y fragmentarse. Estos resultados representan un posible mecanismo para el crecimiento y división de protocélulas sin membrana en la Tierra primitiva".

Además de la división y la evolución, los investigadores encontraron que como consecuencia del gradiente térmico, se habían formado varios tipos de protocélulas con diferente composición química, tamaño y propiedades físicas. Por lo tanto, el gradiente térmico en este entorno podría haber impulsado una presión de selección evolutiva sobre las protocélulas sin membrana.

Dora Tang y Dieter Braun, quienes supervisaron el estudio, resumen: "Este trabajo muestra por primera vez que la burbuja de gas dentro de un poro de roca caliente es un escenario convincente para la evolución de microgotas coacervadas sin membrana en la Tierra primitiva. Los futuros estudios podrían centrarse en más hábitats posibles y explorar más condiciones para que surja la vida".

La investigación fue publicada en Nature Chemistry: Non-equilibrium conditions inside rock pores drive fission, maintenance and selection of coacervate protocells

Imagen de cabecera: Microscopía de fluorescencia de protocélulas en contacto con una burbuja de gas. Los ensamblajes coacervados son un modelo válido para imitar las primeras protocélulas que surgieron en la Tierra Primitiva y para estudiar cómo pudieron haber evolucionado los primeros pasos de la vida. Crédito: LMU/Alan Ianeselli

Etiquetas: BurbujaGasPoroRocaVidaTierra
 
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