Los procesos metabólicos podrían haber sido acorralados entre capas de mica
En las mitologías e historias de origen de todo el mundo, varias culturas y religiones señalan a la arcilla como el recipiente de la vida, el material primordial que los dioses creadores imbuyeron de una existencia autosuficiente. Hoy en día tenemos la biología para explicar cómo surge la vida, pero ¿Podrían estas antiguas leyendas dar más en el blanco de lo que pensamos?
En un artículo escrito para conmemorar el trabajo de Ned Seeman, inventor del campo de la nanotecnología del ADN, la biofísica emérita de la Universidad de California en Santa Bárbara, Helen Hansma, describe su idea de larga data de que esa vida primitiva, en arreglos precelulares que evolucionaron en nuestras células basadas en lípidos y proteínas, puede haber tenido su comienzo en la arcilla micácea, también conocida como illita.
Originalmente propuesta hace casi 16 años, la hipótesis de Hansma se une a muchas otras especulaciones sobre cómo surgió la vida en la Tierra. Entre ellas se encuentran el conocido "Mundo del ARN", en el que las moléculas de ARN autorreplicantes evolucionaron hasta convertirse en ADN y proteínas, y el concepto "Primero el metabolismo", que dice que la vida evolucionó a partir de reacciones químicas espontáneas.
También hay una hipótesis de "pizza" que afirma que la vida podría haber venido de biomoléculas orgánicas terrestres. Y hay otras hipótesis de arcilla que dicen que la vida puede haberse originado en arcilla de montmorillonita o arcillas ricas en hierro.
Hansma no se propuso averiguar cómo evolucionó la vida en la Tierra cuando se le ocurrió la idea por primera vez. Más bien, como biofísica investigadora y directora de programa en la Fundación Nacional de Ciencias, alrededor de 2007 se entretenía con sus juguetes favoritos: un microscopio de disección y piezas de mica que estaba dividiendo en láminas.
"Mientras miraba los trozos de algas verdes y la suciedad marrón en los bordes de las láminas de mica, pensé: 'este sería un buen lugar para que se originara la vida'", dijo en un artículo escrito para NSF sobre su trabajo.
Su idea incorpora elementos de otros conceptos de abiogénesis (cómo surgió la vida a partir de material no vivo), afirmando que los precursores de las biomoléculas y los procesos metabólicos podrían haber sido acorralados entre capas de mica. Es un entorno que ofrecía cierta protección del mundo exterior, pero que permitía el libre intercambio de agua y otras sustancias que serían esenciales para las células.
"Mi imagen es que las superficies de las láminas de mica eran un gran lugar para que crecieran las moléculas y se desarrollaran los procesos, y eventualmente todo lo necesario para la vida estaba en la mica", dijo. Esencialmente, la mica actuó como andamiaje y "cámaras de reacción", donde los procesos metabólicos podrían ocurrir y evolucionar.
La ventaja que tienen las arcillas de mica sobre la montmorillonita, agregó Hansma, es que las micas, con iones de potasio que mantienen unidas las láminas de mica, no se hinchan y, por lo tanto, proporcionan un entorno más estable. Las láminas de montmorillonita, por el contrario, se mantienen unidas por iones de sodio más pequeños, lo que provoca que se encojan y se hinchen durante los ciclos húmedo-seco y un entorno menos estable.
La presencia de iones de potasio en la arcilla micácea es otro factor a favor de la hipótesis de la arcilla de mica: las células de los seres vivos tienen altas concentraciones intracelulares de potasio, lo que hace que la mica sea "un hábitat más probable para el origen de la vida que la montmorillonita".
¿Y de dónde obtendría este ensamblaje prebiótico la energía para interactuar y sostenerse en ausencia de la energía bioquímica que ahora alimenta nuestros cuerpos? En ese momento, la luz del sol habría sido un candidato, sugiere Hansma, al igual que la energía mecánica, a través de la apertura y el cierre de las láminas de mica a medida que el agua entraba y salía.
Imagen derecha: Un mundo de mica: diagramas del posible origen de la vida entre láminas de mica. Las protocélulas, las grandes estructuras grises, tienen un protocitoplasma que es distinto del ambiente acuoso. Recuadro: en una etapa temprana en el mundo de la mica, se ven macromoléculas y vesículas lipídicas. Las vesículas están llenas de agua y algunas macromoléculas. Ten en cuenta el cambio de escala entre las etapas tempranas y posteriores. Las hojas de mica son verdes. Las líneas verdes en el recuadro son láminas de mica individuales; los espacios en blanco entre las líneas verdes contienen K+ formando puentes con láminas de mica adyacentes. El azul es el ambiente acuoso. Adaptado de Hansma (2010)
"Parece ser que estos movimientos de abrir y cerrar eran formas de aplastar moléculas, antes de que existiera la energía química", dijo. Esta proximidad forzada podría haber promovido interacciones entre las moléculas, similares a las acciones de las enzimas en la actualidad. Las diferentes moléculas que interactúan se combinarían para formar ARN, ADN y proteínas. Los lípidos en la mezcla eventualmente envolverían los grupos de moléculas grandes y se convertirían en la membrana celular.
Estos son solo algunos de los argumentos de la hipótesis de Hansma que se prestan a que la vida haya comenzado en la arcilla micácea; se puede encontrar otro apoyo en la vejez de la mica y en la afinidad del mineral por las biomoléculas y otros factores que se cree que han promovido el desarrollo de la vida a partir de moléculas no vivas.
Si bien no es probable que alguna vez sepamos con certeza qué sucedió hace casi 4 mil millones de años, está claro que, como dice Hansma, "la vida imita a la mica de muchas maneras".
El artículo de Helen Hansma aparece en el Biophysical Journal: DNA and the origins of life in micaceous clay
