Se busca conocer mejor la evolución química previa a las primeras células biológicas

De una reacción química a las células vivas

.

Si bien se va ampliando nuestro conocimiento sobre las condiciones de la Tierra primitiva, el desarrollo del ARN y el ácido desoxirribonucleico (ADN) hace unos 4 000 millones de años sigue envuelto en misterio. ¿Cuál fue el origen de las estructuras químicas que forman las subunidades de lo que conocemos como «moléculas hereditarias», el ARN y el ADN?

.

Cordis / Unos químicos de Múnich han demostrado que la alternancia de condiciones de humedad y sequedad en la Tierra primitiva podrían haber iniciado la síntesis prebiótica de los nucleósidos de ácido ribonucleico (ARN) presentes en todos los dominios de la vida.

Los investigadores han demostrado que pueden formarse nucleósidos en un proceso continuo

¿Cuál fue el origen de las estructuras químicas que forman las subunidades de lo que conocemos como «moléculas hereditarias», el ARN y el ADN? Estas moléculas pasaron posteriormente a enlazarse en cadenas largas que, además de codificar información, la reproducían y transmitían: ¿cómo empezó todo? Se busca conocer mejor la evolución química previa a las primeras células biológicas.

La investigación llevada a cabo en la Universidad Ludwig Maximilians (LMU, por sus siglas en alemán) de Múnich, Alemania, que recibe una parte de sus fondos a través del proyecto EPiR de la Unión Europea (UE), ha estado trabajando en esta fascinante brecha en nuestro conocimiento y los últimos descubrimientos del equipo se publican ahora en Nature. Al exponer sustancias químicas simples a los tipos de condiciones físicas fluctuantes que se habrían dado en las zonas con actividad geotérmica de nuestro planeta hace miles de millones de años, como las causadas por la actividad volcánica, los investigadores han demostrado que pueden formarse nucleósidos en un proceso continuo.

.

La olla a presión de los ingredientes que generan la vida

Empezaron con una mezcla de elementos que ya se había demostrado que formaban precursores simples en condiciones probióticas: ácido fórmico, nitrito sódico, ácido acético y algunos compuestos de nitrógeno. La mezcla de reacción también contenía hierro y níquel, ambos presentes en abundancia en la corteza terrestre. A continuación, se sometió todo a fluctuaciones de temperatura, pH y humedad para imitar las condiciones primitivas, como las debidas a unas temperaturas estacionales muy cambiantes.

Lo que es más sorprendente es que se sabe que todas las modificaciones observadas tienen lugar en los ARN de los tres dominios de la vida

El equipo aprovechó un trabajo realizado el año pasado y no empezó con los compuestos precursores más simples, sino que optó por reproducir las condiciones que cabría esperar que imperaran en un entorno geológico plausible, como las fuentes hidrotermales terrestres.

Al combinar estos ingredientes y someterlos a las condiciones que imitan la geología y meteorología de la Tierra primitiva, el equipo descubrió que una serie de reacciones dieron lugar a unos compuestos denominados formamidopirimidinas; un descubrimiento crucial, puesto que dichos compuestos pueden transformarse en adenosina y guanosina, ambas presentes en el ADN. Además, se sintetizaron toda una serie de moléculas semejantes.

Como dicen ellos: «Lo que es más sorprendente es que se sabe que todas las modificaciones observadas tienen lugar en los ARN de los tres dominios de la vida —eucariotas (animales y plantas), bacterias y arqueobacterias— y, por tanto, se trata de componentes esenciales de los sistemas genéticos funcionales». A partir de sus resultados, los investigadores creen que es muy probable que estos compuestos estuvieran presentes en el último antepasado común de todas las formas de vida. Lo cual, a su vez, argumentan: «[…] sugiere que estos compuestos deberían haber estado disponibles en la Tierra primitiva cuando empezó la evolución biológica».

.

El apoyo de la UE ayuda a resolver los misterios del origen de la vida en la Tierra
EPiR explica que el código genético consiste en una secuencia definida de cuatro nucleósidos canónicos y la secuencia de estas bases contiene la estructura de toda la vida en la Tierra

Las subvenciones avanzadas de la UE que recibió EPiR (The Chemical Basis of RNA Epigenetics) están ayudando a financiar la investigación sobre el papel que desempeña la química en el desarrollo de la vida primitiva. EPiR explica que el código genético consiste en una secuencia definida de cuatro nucleósidos canónicos y la secuencia de estas bases contiene la estructura de toda la vida en la Tierra. Resulta evidente que esta información secuencial por sí sola no es suficiente para poder explicar cómo un organismo pluricelular puede crear células especializadas como los 200 tipos distintos de células conocidos del cuerpo humano.

Esto, explica EPiR, requiere una segunda capa de información y se hace patente que dicha capa se basa fundamentalmente en la química. Se conocen más de 150 derivados químicos de los nucleósidos del ARN y hay muchos más pendientes de ser descubiertos. Razón por la cual EPiR está investigando las modificaciones del ARN con el fin de descifrar sus funciones.

.

 Fuente: 

Basado en información del proyecto y en artículos aparecidos en medios de comunicación

.