Origen de la vida: una hipótesis que podría ser comprobable en el laboratorio

Los primeros ladrillos de la vida química en la tierra podrían haber sido montados en el fondo del mar por una catálisis química participación de pequeñas moléculas orgánicas y metales. La hipótesis se basa en ideas ya expuestas hace varios años. Pero el escenario actual es comprobable según explican los autores de la Universidad George Mason.

Los océanos de la Tierra primitiva tenían todo lo necesario para que la vida en la Tierra apareciese. Esta es la idea de partida de Harold Morowitz, de la George Mason University, que publicó sus ideas durante varios años. Explica que debe haber una explicación simple para la aparición de moléculas complejas a partir de las que se construyeron los primeros seres vivos. Esta química prebiótica de la ciencia todavía es una cuestión de las «gordas». Básicamente y para andar por casa, nos estamos preguntando qué fue primero: el huevo o la gallina.

La química de los organismos vivos está constituida sobre la base de macromoléculas que se construyen a partir de estructuras más simples y se repiten con más o menos frecuencia: Las proteínas son cadenas de aminoácidos, el ADN y el ARN están hechos de elementos unidos entre sí, los azúcares simples, como la fructosa o la glucosa para formar estructuras más grandes (sacarosa, almidón, glucógeno, etc …),.

Pero estos elementos no forman espontáneamente macromoléculas. Para que se den las reacciones químicas necesarias tiene que haber alcanzado una catálisis eficaz … por macromoléculas. En las células, se trata principalmente de las enzimas, es decir, proteínas, que desempeñan esta función catalizadora. Sabemos que hay una segunda vía, la de algunos ARN. Estos primos del ADN muestran a veces una función catalizadora y entonces se denomina ribozimas. Esta capacidad ha inspirado una hipótesis sobre el origen de la vida, la del mundo ARN, de la que nuestro protagonista de hoy: Harold Morowitz es también partidario. En medio de los inicios de la vida, el ARN fue representando dos papeles: por un lado contenía la información, como el ADN de hoy, y por otro catalizaba las reacciones químicas, nuestras enzimas existentes. Esta teoría se basa en argumentos sólidos, incluyendo la actividad enzimática de las ribozimas y la existencia de ribovirus, cuyo material genético está formado por ARN.


La bioquímica del pasado no es la misma que la actual

Por lo tanto, para resumir, en «el mundo del ARN» tal y como lo conocemos hoy era necesaria la presencia de macromoléculas para que se formaran las macromoléculas. Entonces, ¿cómo se formaron las primeras macromoléculas?

La respuesta debe estar en que ciertas vías metabólicas se vieron favorecidas por el medio ambiente terrestre, el ambiente de la tierra de hace cuatro millones de años, que con el tiempo se convertiría en imposible. Hay varias vías que tratan de explicar el desarrollo de las primeras macromoléculas. Sin embargo no hay ninguna teoría general y el consenso en la comunidad científica no termina de ser una realidad.

Para conseguir una receta química que garantice la aparición de la vida se necesita energía, productos químicos y un entorno ambiental propicio. Desde un relámpago en el aire hasta las arcillas de un lodo primigenio terrestre existen muchas hipótesis. Con su colega Eric Smith, Harold Morowitz ha propuesto una teoría que toma como base la actividad volcánica, con la dispersión de los polifosfatos, las moléculas que han persistido en la atmósfera de la época dispondrían de un ambiente y energía necesario para el desarrollo de macromoléculas. Unas macromoléculas que están en el corazón del metabolismo de todos los seres vivos de nuestro planeta.

Solamente hay un escenario posible en todo el planeta

Los dos autores anteriormente mencionados, acompañados Vijayasarathy Srinivasan, presentan la hipótesis de las fosas oceánicas, donde los respiraderos hidrotermales serían el sitio ideal para la aparición de las primeras macromoléculas. Su suposición aparece en el último número de la revista The Biological Bulletin (bajo el título Ligand Field Theory and the Origin of Life as an Emergent Feature of the Periodic Table of Elements), basado en la química y que involucra a dos actores principales: la familia de los metales de transición (como el hierro, níquel, cobre, zinc …) y ligandos, es decir, moléculas capaces de atrapar los iones metálicos.

El fondo del mar, dicen, presenta en el agua de un cierto número de moléculas: CO2 (dióxido de carbono o dióxido de carbono), el hidrógeno H2 (molecular), NH3 (amoníaco), H2S (l sulfuro de hidrógeno) y H3PO4 (fosfato de hidrógeno). El agua del mar era rico en metales de transición y muy bajo en oxígeno. Los autores sugieren que este cóctel se traduciría en forma de pequeñas moléculas orgánicas con la propiedad de los ligandos, lo que efectivamente debe fijar metales. Estos complejos ligando-metal con propiedades catalíticas serían los responsables de la fabricación de las primeras macromoléculas de la Tierra. En su artículo, los autores realizan un análisis de las propiedades químicas de los elementos químicos involucrados y el trabajo ya realizado sobre estos temas. Conducen a un escenario en varias etapas:

1. En el océano primitivo son metales de transición forma sólida o en solución ligada al agua, monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), amoníaco (NH3) y sulfatos .
2. A partir del CO2, H2, NH3 y polifosfatos, química o energía térmica de las ventilas hidrotermales conducen a la formación de ligandos orgánicos (varios átomos de carbono) que se unen a los metales de transición.
3. Algunos de estos complejos ligando-metal presentan propiedades catalíticas, una serie de reacciones químicas que tienen lugar.
4. Estas reacciones químicas ponen en marcha una red de grandes reacciones autocatalíticas. Los autores mencionan el reverso del ciclo de Krebs que ya han discutido en trabajos anteriores (este ciclo existe ahora en todas las células).
5. Aparecen las primeras macromoléculas. El resto de la historia es inducido por las leyes de la física y la química. La vida se ha convertido en inevitable.

¿Qué prueba de esta hipótesis? «Nada, ¡pero es comprobable!«Explican los autores en cuanto al fondo, que proporcionan una hoja de ruta para explorar su teoría. Los bioquímicos están invitados a unirse a sus ideas y sus muestras. Si la hipótesis se confirma, daría las claves de la química prebiótica que en la actualidad se desconocen.

Imagen: Origen de la vida en El profe de Naturales del IES García Morato

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