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, siguen siendo un misterio los detalles exactos de cómo sucede esto.
Recientes investigaciones 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 primitivas condiciones 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 piensan que la vida surgió en fuentes hidrotermales de aguas profundas, donde las condiciones proporcionaban la energía necesaria. Otros argumentan que las aguas termales en tierra habrían proporcionado un mejor entorno porque es más probable que contengan 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 primeras células
¿Qué fuente de energía impulsó las reacciones químicas en el origen de la vida? Éste 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 los 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 universal, un organismo unicelular similar 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 el trifosfato de adenosina, una 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 cadenas de ARN (ácido ribonucleico) fueron precursoras del ADN en el cumplimiento de esta función, ya que su estructura es más simple.
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 de EE. UU. generó en el laboratorio cadenas de ARN estables. 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. También se cree que los nucleótidos utilizados en el estudio estuvieron presentes 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.
Es necesario 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 demostró 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. Lo hicieron utilizando tecnología de microfluidos, dispositivos que manipulan pequeños volúmenes de líquidos para realizar experimentos simulando respiraderos alcalinos.
Esta vía es sorprendentemente similar a la forma en que operan muchas células bacterianas y arqueales modernas (organismos unicelulares sin núcleo).
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 (Francia) logró un gran avance. Demostraron que el hierro ferroso, un tipo de hierro que abundaba en la corteza terrestre y el océano primitivos, podía impulsar nueve de los 11 pasos del ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs es una vía biológica presente en muchas células vivas.
Imagen: Esquema didáctico del ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos)
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 antiguas membranas celulares
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 una variedad de condiciones ambientales. ¿Pero estaban presentes estos ácidos grasos en la Tierra primitiva? Una reciente investigación de la Universidad de Newcastle, Reino Unido, da una interesante respuesta. Los investigadores recrearon la formación espontánea de estas moléculas combinando fluidos ricos en H2, probablemente presentes en antiguos respiraderos hidrotermales alcalinos, con agua rica en CO₂ 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 escribió Charles Darwin:
Los hechos falsos son muy perjudiciales para el progreso de la ciencia porque a menudo perduran durante mucho tiempo; pero las opiniones falsas, si están respaldadas por alguna evidencia, causan poco daño, porque todos sienten un saludable placer al demostrar su falsedad; y cuando se hace esto, se cierra un camino hacia el error y, a menudo, al mismo tiempo se abre el camino hacia la verdad.
Este artículo de Seán Jordan y Louise Gillet de Chalonge de la Universidad de la ciudad de Dublín, se republica desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lee el artículo original en inglés: Unravelling life’s origin: five key breakthroughs from the past five years.
