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La clave del origen de la vida puede estar en el ARN primitivo

Una investigación ha comprobado en laboratorio que el ARN se autorreplica en condiciones parecidas a las de las fuentes hidrotermales: un requisito clave para la química prebiótica.

Las formas de vida más antiguas sobre la Tierra son posibles microorganismos cuyos fósiles fueron descubiertos en rocas formadas en antiguas fuentes hidrotermales.

Una nueva investigación de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich (LMU) abunda ahora en esta teoría: ha comprobado que el ARN puede replicarse por sí solo en condiciones que pueden haber prevalecido dentro de este tipo de rocas hace más de 4.000 millones de años.

En consecuencia, plantea que los respiraderos hidrotermales podrían haber albergado los primeros eventos bioquímicos que llevaron al comienzo de la vida en la Tierra.

Protagonismo del ARN

Una teoría para el origen de la vida propone que los primeros pasos bioquímicos fueron desarrollados por el ácido ribonucleico (ARN), un primo molecular del ADN.

Es un ácido nucleico que se encarga de trasladar la información genética del ADN con el fin de sintetizar las proteínas según las funciones y características de la vida. Está presente en el citoplasma de las células primitivas.

El ARN es una molécula más simple que el ADN y las proteínas, por lo que hace tiempo se sospecha que fue precursor de la vida en nuestro planeta: pudo ser el origen de las células primitivas y la molécula a partir de la cual habría evolucionado el sistema genético que conocemos en la actualidad.

Cadenas cortas

Según explica al respecto  el investigador Dieter Braun en la revista Physics, las reacciones que involucran ARN solo pueden crear copias cortas de cadenas de ARN.

El nuevo estudio demuestra que esta replicación puede ocurrir en un entorno de laboratorio que imita un pequeño poro en una roca calentada volcánicamente, un escenario presumiblemente común en la Tierra primitiva.

Los investigadores colocaron ARN en una pequeña cámara con regiones frías y calientes y observaron movimientos moleculares que ayudaron a impulsar múltiples ciclos de replicación de ARN.

El número de hebras de ARN aumentó hasta 200.000 veces, lo que sugiere que esta química de ARN pudo haber sido un trampolín para construir biomoléculas más complejas en el entorno de la Tierra prebiótica.

Cuestión de temperatura

En la superficie de la Tierra, las temperaturas no suelen aumentar rápidamente en el tiempo, pero hay configuraciones geológicas en las que la temperatura varía abruptamente en el espacio.

Braun y sus colegas probaron si el gradiente de temperatura podría impulsar la replicación de ARN. El equipo colocó una solución de ribozimas (ARN con actividad catalítica) y una variedad de piezas de ARN en una cámara con forma de disco de 5 mm de diámetro.

Crearon un gradiente de temperatura pronunciado al calentar el centro de la cámara con un láser. Las variaciones de temperatura indujeron dos tipos de flujos que propiciaron la duplicación de las moléculas de ARN y provocaron un crecimiento exponencial del número de hebras de esta molécula: esta autorreplicación se considera un requisito clave para la química prebiótica.

Lo más plausible

Thomas Cech, un bioquímico de la Universidad de Colorado, Boulder, citado por la mencionada revista (que no participó en esta investigación), ve un progreso importante en este desarrollo.

«Los experimentos de autorreplicación de ARN generalmente se realizan en condiciones de laboratorio controladas, en la que todos los ingredientes moleculares están en equilibrio, homogéneos y bien mezclados», dice.

Los investigadores han realizado la química del ARN en un entorno más variable que probablemente esté más cerca de las condiciones del origen de la vida, destaca.

«A medida que el entorno se hace posiblemente más realista, la autorreplicación de ARN se vuelve más plausible» como precursor del origen de la vida en la Tierra, concluye Cech.

La nueva investigación arroja luz sobre viejas cuestiones pendientes: ¿Qué procesos permitieron que la materia no viva generara sistemas capaces de replicación, mutación y selección, que son las características de la evolución biológica? ¿Cómo pudo establecerse una vida molecular tan temprana? El ARN podría ser la clave, según la nueva investigación.

Referencia

Thermal Habitat for RNA Amplification and Accumulation. Annalena Salditt et al. Phys. Rev. Lett. 125, 048104, 24 July 2020. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.048104

 

 

Foto: Respiraderos hidrotermales como este en el suroeste del Océano Pacífico podrían haber albergado los primeros eventos bioquímicos que llevaron al comienzo de la vida en la Tierra. Imagen: ROV ROPOS, Instituto Schmidt Ocean.

 

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe es el Editor de Tendencias21.

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