El fosfato, una pieza fundamental en el origen de la vida

Diversas fuentes de fósforo de interés para el origen de la vida. A: meteorito con mineral de fósforo. B: rocas formadas por fosfato en Marte. C: mineral de fosfato con capacidad para transferir fósforo a moléculas orgánicas / UAH

El profesor de Bioquímica y Astrobiología del Departamento de Biología de Sistemas de la Universidad de Alcalá, César Menor-Salván,  nos explica el papel que tuvo este mineral en el origen de la vida en conjunto con otros compuestos como el carbono, el nitrógeno, el hidrógeno o el azufre.

 

Fuente: Universidad de Alcalá

 ¿Qué es el fosfato?

Es la forma más común, abundante y estable de fósforo en la naturaleza.

¿Qué relación tiene con el origen de la vida?

Sin fosfato la vida no es posible, ya que forma parte del esqueleto o armazón de moléculas con información genética esenciales para la vida, como por ejemplo el ADN o el ARN. Sin fosfato no es posible la formación y evolución de lo que llamamos un polímero informacional, es decir, material que pueda contener la información necesaria, y que además pueda copiarse, traducirse y llevar a cabo la transmisión genética.

Sin fosfato no es posible la vida químicamente y, a lo largo de la evolución, este mineral ha ido adquiriendo otras nuevas funciones

El fosfato es también esencial en el procesamiento de la energía celular. Sin fosfato no es posible la vida químicamente y, a lo largo de la evolución, este mineral ha ido adquiriendo otras nuevas funciones. Por ejemplo, cuando aparece la multicelularidad, el fosfato se convierte en esencial en la coordinación y la señalización celular. Según vamos evolucionando, también se convierte en importante armazón biológico, no solo a nivel molecular sino a nivel estructural como, por ejemplo, en los huesos de los animales.

¿Qué apareció primero la química o la genética?

Esa pregunta no es realmente válida ya que el origen de la vida no se desarrolla de manera lineal, pero sí que es cierto que la vida se compone de unos subsistemas globales. Uno de ellos es el sistema de transmisión de la información en el que primero tiene que haber un soporte bioquímico y molecular que incluye las moléculas informacionales que, en forma de polímeros, contienen los datos necesarios para almacenar y utilizar esa información. Entonces, para que haya información genética, primero tiene que haber un soporte molecular complejo. El viaje desde la química orgánica hacia la complejidad bioquímica es lo que llamamos evolución química.

La evolución química lleva al origen de un sistema o a una identidad biológica ya formada con un sistema de transmisión de la información y un sistema de soporte bioquímico. ¿El fosfato estaba antes de ello o no? Probablemente sí, pero no es una evolución lineal en la que primero se da un punto y luego otro, sino que es una red muy compleja. Es posible que aparecieran distintas estructuras y sistemas en diferentes puntos, que desparecieron, se recombinaron o evolucionaron.

¿En otros planetas donde hay fosfato puede haber vida si se dan las mismas circunstancias que en la Tierra?

Un planeta que pudo reunir las condiciones ambientales y geoquímicas ideales para la vida fue Marte, aunque todavía queda mucho por saber de este planeta

Claro. Todo depende de las condiciones, no solo de los componentes. Un planeta que pudo reunir las condiciones ambientales y geoquímicas ideales para la vida fue Marte, aunque todavía queda mucho por saber de este planeta.

¿Qué había de especial en la Tierra para que se originase la vida?

Eso también es objeto de debate porque depende del modelo o de las ideas acerca de cuáles son las condiciones necesarias para la vida. Teniendo en cuenta que no sabemos cómo se originó la vida, es difícil saber exactamente cuáles son las condiciones.

Algunos científicos piensan que las condiciones que hacen falta para que se origine la vida son básicamente una temperatura moderada, disponibilidad de agua líquida y un entorno ambiental en el que se dieran procesos de evaporación y rehidratación, como un pequeño charco que está sometido a ciclos de evaporación y lluvia o inundación. Esos ciclos son muy favorables porque dan lugar a cierta complejidad química en la que, curiosamente, se favorecen los componentes característicos de la química de la vida. Por supuesto, tienen que unirse los componentes químicos como el fosfato y una fuente de compuestos orgánicos, así como una composición de la atmósfera y el suelo que sean lo suficientemente no oxidantes para que esas moléculas puedan permanecer y organizarse y dar lugar así a la evolución química. Esto podría darse un entorno rocoso que sea más o menos caliente, por ejemplo, en una zona volcánica en el que haya agua líquida y se formen charcos y esos charcos se evaporen y se encharquen de nuevo a través de lluvias o emisiones geotermales; modelos actuales de ese ambiente podrían ser Lanzarote o Islandia, así como otros tipos interesantes de volcanes, como Ol Doinyo Lengai en Tanzania o El Laco en Chile.

El profesor César Menor-Salván

Para otros investigadores, lo que se necesita en realidad es muchísima más cantidad de agua líquida porque piensan que para que se originase la vida sería necesaria la energía química que podría generarse en algunas estructuras de los fondos marinos, como las chimeneas hidrotermales, que emiten una serie de fluidos con una composición determinada que dan lugar a interacciones con el agua circundante, creando procesos físico-químicos que pudieron favorecer la evolución química.

¿Y usted a cuál de estas corrientes pertenece?

Los científicos intentamos no seguir solo una corriente de pensamiento, sino que nos basamos en las evidencias existentes, que pueden ser cambiantes. Hasta ahora, todos los experimentos que hemos hecho se centran en esa idea de lo que llamamos ‘el charco caliente de Darwin’, un pequeño lago o agua caliente que se va evaporando y que da lugar a una serie de procesos químicos que favorecen la formación de los componentes que pudieron originar el RNA, así como los antecesores de las proteínas, pero quizás las futuras investigaciones, no solo del laboratorio, sino la investigación espacial nos aporte otra información clave.

Los científicos intentamos no seguir solo una corriente de pensamiento, sino que nos basamos en las evidencias existentes, que pueden ser cambiantes

Por ejemplo, se piensa que en Marte hubo mares, aunque más someros, y probablemente hubo muchos procesos de evaporación y de concentración de sustancias en esos charcos primordiales pero también tenemos información de otros lugares, como por ejemplo, la luna de Júpiter, Europa, que está formada por un gran océano de agua líquida y una capa exterior de hielo donde seguramente se están dando procesos que sean muy similares a los hidrotermales submarinos y que han dado lugar a estos desequilibrios químicos y procesos fisicoquímicos semejantes a los que tienen lugar en chimeneas hidrotermales en la Tierra.

¿El rover Perseverance nos dará información sobre ello en Marte?

El rover es básicamente un robot geólogo. Nos dará mucha información sobre las rocas que hay allí e incorpora una serie de instrumentos analíticos que nos pueden proporcionan mucha información, tanto ambiental como geoquímica. Si hay alguna pista o evidencia de vida, cabe la posibilidad de que se descubra, ya que Perseverance podría encontrar biofirmas, evidencias geoquímicas, bien de la vida o bien de procesos relacionados con la vida en su origen. Es posible que en Marte se hayan preservado evidencias de cómo pudo ser el origen de la vida, difíciles de ver en la Tierra debido a la geodinámica terrestre y a 4000 millones de años de evolución biológica. Marte, en cualquier caso, es también difícil: ha sufrido muchos cambios debido a intensos episodios de volcanismo hace unos 3000 millones de años, que cambiaron y quizá borraron ecosistemas nacientes, caso de que los hubiera habido. Si Lanzarote o Ol Doinyo Lengai podrían ser ambientes modelo para el origen de la vida, Riotinto y en general la Faja Pirítica Ibérica sería un ambiente con muchas similitudes con algunos aspectos del Marte actual.

Imagen de la luna de Júpiter, Europa / UAH

Ahora mismo, ¿qué está investigando?

Seguimos trabajando en la idea del origen del fosfato orgánico, es decir, como el fosfato se convirtió en un componente en la evolución prebiótica o en la evolución química, y cómo a partir de rocas volcánicas como las que encontramos en Canarias y un ambiente prebiótico, ese fosfato puede movilizarse y pasar a formar parte de las moléculas antecesoras del ARN y ADN. También estamos estudiando cómo pudieron originarse los antecesores químicos del ADN y ARN y cómo pudieron organizarse antes de que surgieran estructuras biológicas actuales como, por ejemplo, las del ribosoma u otras formadas por ácidos nucleicos.

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