Hace unos 4.000 millones de años, la Tierra desarrollaba condiciones adecuadas para la vida. Los científicos que estudian el origen de la vida se preguntan a menudo si el tipo de química encontrada en la Tierra primitiva era similar a la que requiere la vida actual. Saben que las colecciones esféricas de grasas, llamadas protocélulas, fueron las precursoras de las células durante este surgimiento de la vida. Pero, ¿cómo surgieron y se diversificaron las protocélulas para dar lugar a la vida en la Tierra?

Ahora, los científicos han descubierto una vía plausible para explicar cómo se formaron las protocélulas y cómo evolucionaron químicamente para permitir una diversidad de funciones.

Los hallazgos, publicados en la revista Chem, sugieren que un proceso químico llamado fosforilación (en el que se añaden grupos fosfato a la molécula) puede haber ocurrido antes de lo esperado. Esto daría lugar a protocélulas estructuralmente más complejas, de doble cadena, capaces de albergar reacciones químicas y dividirse con una diversa gama de funcionalidades. Al desvelar cómo se formaron las protocélulas, los científicos pueden comprender mejor cómo pudo tener lugar la evolución primitiva.

En algún momento, todos nos preguntamos de dónde venimos. Ahora hemos descubierto una forma plausible de que los fosfatos pudieran haberse incorporado a estructuras similares a las células antes de lo que se pensaba, lo que sienta las bases para la vida, afirma Ramanarayanan Krishnamurthy, coautor principal y profesor del Departamento de Química de Scripps Research. Este hallazgo nos ayuda a comprender mejor los entornos químicos de la Tierra primitiva para poder descubrir los orígenes de la vida y cómo puede evolucionar la vida en la Tierra primitiva.

Krishnamurthy y su equipo estudian cómo se produjeron los procesos químicos que dieron lugar a las sustancias químicas y formaciones simples que estaban presentes antes de la aparición de la vida en la Tierra prebiótica. Krishnamurthy es también colíder de una iniciativa de la NASA que investiga cómo surgió la vida en estos entornos primitivos.

En este estudio, Krishnamurthy y su equipo colaboraron con el laboratorio del biofísico Ashok Deniz, coautor principal y profesor del Departamento de Biología Integrativa Estructural y Computacional de Scripps Research. Su objetivo era examinar si los fosfatos pudieron intervenir en la formación de las protocélulas. Los fosfatos están presentes en casi todas las reacciones químicas del organismo, por lo que Krishnamurthy sospechaba que podrían haber estado presentes antes de lo que se creía.

Los científicos pensaban que las protocélulas se formaban a partir de ácidos grasos, pero no estaba claro cómo pasaban de una cadena simple a una doble cadena de fosfatos, que es lo que les permite ser más estables y albergar reacciones químicas.

Vesículas dentro de la estructura protocelular
Vesículas dentro de la estructura protocelular. Crédito: Scripps Research

Los científicos querían imitar condiciones prebióticas plausibles, es decir, entornos anteriores a la aparición de la vida. Primero identificaron tres posibles mezclas de sustancias químicas que podrían crear vesículas, estructuras esféricas de lípidos similares a las protocélulas. Las sustancias químicas utilizadas incluían ácidos grasos y glicerol (un subproducto común de la producción de jabón que podría haber existido durante los primeros tiempos de la Tierra). A continuación, observaron las reacciones de estas mezclas y añadieron productos químicos adicionales para crear nuevas mezclas. Estas soluciones se enfriaron y se calentaron repetidamente durante la noche, agitándolas un poco para favorecer las reacciones químicas.

A continuación, utilizaron tintes fluorescentes para inspeccionar las mezclas y juzgar si se había producido la formación de vesículas. En algunos casos, los investigadores también variaron el pH y las proporciones de los componentes para comprender mejor cómo influían estos factores en la formación de vesículas. También analizaron el efecto de los iones metálicos y la temperatura en la estabilidad de las vesículas.

Las vesículas fueron capaces de pasar de un entorno de ácidos grasos a otro de fosfolípidos durante nuestros experimentos, lo que sugiere que podría haber existido un entorno químico similar hace 4.000 millones de años, afirma el primer autor Sunil Pulletikurti, investigador postdoctoral en el laboratorio de Krishnamurthy.

Resulta que los ácidos grasos y el glicerol pueden haber sufrido fosforilación para crear esa estructura de doble cadena más estable. En concreto, los ésteres de ácidos grasos derivados del glicerol pueden haber dado lugar a vesículas con diferentes tolerancias a los iones metálicos, las temperaturas y el pH, un paso crítico en la diversificación de la evolución.

Hemos descubierto una vía plausible de cómo podrían haber surgido los fosfolípidos durante este proceso químico evolutivo, afirma Deniz. Es emocionante descubrir cómo las primeras sustancias químicas pueden haber cambiado para permitir la vida en la Tierra. Nuestros hallazgos también apuntan a una gran cantidad de intrigantes físicos que pueden haber desempeñado papeles funcionales clave en el camino hacia las células modernas.

A continuación, los científicos planean examinar por qué algunas de las vesículas se fusionaron y otras se dividieron para comprender mejor los procesos dinámicos de las protocélulas.

Fuentes

The Scripps Research Institute | Sunil Pulletikurti, Kollery S. Veena, et al., Experimentally modeling the emergence of prebiotically plausible phospholipid vesicles. Chem, doi.org/10.1016/j.chempr.2024.02.007

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