¿Surgió la vida a partir de ingredientes simples y variaciones fisicoquímicas cíclicas, como las que se dan en la Gran Fuente Prismática, en el Parque Nacional de Yellowstone?[iStock-lucky-photographer]
Cómo apareció la vida en la Tierra? Existen varias teorías al respecto. Algunas consideran que las moléculas orgánicas llegaron del espacio, traídas por cometas, por ejemplo. Otra hipótesis plantea que tales moléculas aparecieron espontáneamente en la Tierra, a través de reacciones químicas cada vez más complejas que dieron lugar a los compuestos básicos de la vida. Ahora, un equipo dirigido por Thomas Carell, de la Universidad de Múnich, acaba de aportar un argumento a favor de esta segunda hipótesis: ha demostrado que las sustancias precursoras del ARN, molécula que almacena información genética, se habrían podido formar a partir de ingredientes químicos básicos del «caldo primordial» presente por entonces en la superficie de la Tierra.
Una forma de poner a prueba la hipótesis de que la vida apareció en nuestro planeta consiste en intentar reproducir las condiciones fisicoquímicas (temperatura, presión, pH, elementos, etcétera) cercanas a las que prevalecían antes del momento en que se han datado los restos de vida más antiguos conocidos, hace unos 3400 millones de años. Después se examina si estas condiciones pueden generar espontáneamente moléculas orgánicas complejas, en particular ácidos nucleicos como el ADN o el ARN, capaces de almacenar información genética.
En las células, el ARN actúa como intermediario para traducir los genes en proteínas. En los últimos años, sin embargo, también se ha descubierto que desempeña otras funciones cruciales. Los ARN regulan la actividad de otras moléculas: las guían hacia un objetivo, las secuestran o catalizan reacciones bioquímicas. Los bioquímicos plantearon entonces la hipótesis de que la vida habría surgido de un «mundo de ARN», un mundo en el que el ARN habría sido capaz de realizar varias funciones biológicas por sí sola, como la reproducción y la evolución. El ADN, cuya replicación y traducción requieren una maquinaria compleja, habría aparecido en una segunda fase. Para determinar si tal mundo de ARN era posible, Thomas Carell y sus colaboradores trataron de sintetizar el ARN en el laboratorio bajo condiciones similares a las de la Tierra antes de que apareciera la vida.
Esta macromolécula está formada por una serie de bases nitrogenadas de cuatro tipos, la adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) y el uracilo (U), cuyo orden constituye la información genética. Estas bases están unidas en una larga cadena a través de monómeros de un glúcido (la ribosa) y grupos de fosfato. Los investigadores han identificado un mecanismo de reacción que produce simultáneamente las cuatro bases del ARN a partir de ingredientes simples, como el agua, el nitrógeno y el dióxido de carbono, en condiciones que podrían haber sido las de la Tierra hace 4000 millones de años.
Se trata de un gran avamce, ya que hasta ahora ningún equipo había logrado producir las cuatro bases al mismo tiempo. Es cierto que en 2016 el mismo grupo había conseguido crear las bases A y G juntas, y en 2009, un equipo de la Universidad de Manchester había obtenido las bases C y U, pero las condiciones fisicoquímicas de estos dos experimentos eran muy diferentes e incompatibles entre sí, especialmente en lo que respecta al pH y la temperatura.
Para la nueva síntesis, el grupo de Thomas Carell recreó dos «piscinas» que contenían los ingredientes básicos de estos dos experimentos y que podían intercambiar moléculas solubles a través de flujos de agua. Variaron las condiciones fisicoquímicas para imitar el ciclo de las estaciones, entre seco y húmedo, frío y caliente, ácido y básico. Las fases secas permiten, por ejemplo, la cristalización de los productos de ciertas reacciones, y las fases húmedas, la disolución y luego la eliminación de ciertos reactivos que deben estar ausentes durante el resto del proceso. Fue esta sucesión de fases la que permitió conciliar las dos síntesis anteriormente incompatibles. Estas reacciones son tan eficaces en la producción de bases nitrogenadas que, al cristalizar durante milenios, podrían haber formado gruesas capas de bases en la superficie de la Tierra. El equipo de Thomas Carell trata ahora de entender cómo se habría formado la ribosa, otro elemento fundamental de la estructura del ARN.
No obstante, la hipótesis del mundo de ARN no queda todavía demostrada, porque la composición real del «caldo primordial» era probablemente mucho más compleja que la reproducida en el laboratorio. «Los químicos seleccionaron con cuidado los ingredientes que necesitaban para las reacciones específicas», comenta André Brack, del Centro de Biofísica Molecular del CNRS, en Orleans. «Otra estrategia consistiría en reproducir lo mejor posible el caldo primordial y dejar que el sistema evolucionara libremente; ello sería a costa de conocer con menor precisión las reacciones que se producen. Pero quizás sea el precio que hay que pagar por el sueño de recrear una vida elemental en el laboratorio…»
Lucas Gierczak
Referencia: «Unified prebiotically plausible synthesis of pyrimidine and purine RNA ribonucleotides». S. Becker et al. en Science, vol. 366, págs. 76-82, 2019.
