De qué modo pudo la luz solar haber iniciado la vida en la Tierra

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La vida en la Tierra es una paradoja: para funcionar, todos los organismos necesitan energía. Pero para aprovechar esa energía, las criaturas vivas confían en las enzimas, que han evolucionado durante miles de millones de años para hacer posible todo, desde la respiración a la fotosíntesis, hasta la reparación del ADN. [En esta historia puedes leer más acerca de la prueba más antigua encontrada de la vida en la Tierra, hace 3.480 millones de años.]. Entonces, ¿qué vino primero, la enzima o el organismo? Un nuevo estudio sugiere que hace unos 4 mil millones de años, pudieron haber estado flotando alrededor de los mares primordiales de la Tierra cúmulos de hierro y azufre en el corazón de muchas enzimas vitales, producidos por nada más que biomoléculas primitivas, sales de hierro y un Ingrediente previamente desconocido: la luz ultravioleta (UV).

“Es intrigante”, dice Robert Hazen, un geofísico que estudia interacciones entre los mundos minerales y vivos en el Laboratorio Geofísico del Instituto Carnegie para la Ciencia en Washington, DC, en Estados Unidos “[El desarrollo de los grupos de hierro-sulfuro] fue probablemente un paso importante en los orígenes de la vida”.

La mayor parte de las investigaciones sobre los orígenes de la vida se han centrado en la forma en que los bloques de construcción orgánicos, como pueden ser los aminoácidos y os ácidos nucleicos, surgieron y se ensamblaron en proteínas y ARN. [En esta histoia puedes leer más acerca de los experimentos que se están llevando a cabo para ver la facilidad con la que surge la vida.] Menos estudiada es la génesis de los clústeres de hierro-azufre, el núcleo activo en las enzimas que impulsan casi todos los aspectos de la química celular. El análisis genético sugiere que han existido por lo menos desde la época de nuestro último antepasado común [organismo del que hablamos no hace mucho en esta historia]. “Nunca he visto un organismo que no dependa de ellos”, dice Sheref Mansy, un bioquímico de la Universidad de Trento en Italia que dirigió el nuevo trabajo.

Pero las reacciones metabólicas modernas son calibradas cuidadosamente dentro de las células vivas, en presencia de oxígeno. Ninguna de estas condiciones habría existido en la Tierra sin la vida.

Para averiguar si los grupúsculos de hierro-azufre fueron un ingrediente básico para la vida desde el principio (o si los primeros organismos pudieron subsistir sin ellos sin problema) Mansy y su equipo recrearon las condiciones de la Tierra primigenia en su laboratorio. Claudia Bonfio, bioquímica de la Universidad de Trento, extrajo el oxígeno y mezcló un cóctel de hierro y glutatión, un péptido que contiene azufre, que probablemente estuviera presente en la sopa química prebiótica. Cuando el hierro se encontraba en el mismo estado de oxidación que predominaba en la Tierra primitiva, hierro (II), no sucedió nada. Pero cuando Bonfio encendió la luz, se produjo una transformación.

“Después de unos minutos se podía empezar a ver la formación de cúmulos de hierro-azufre”, dice. En presencia de luz ultravioleta, la solución pasó de violeta a rojo, lo que indica que el hierro y el azufre estaban reaccionando. “Y si esperabas más tiempo”, dice, “se formaban grupos más complejos que daban a la solución un color marrón”. La luz simultáneamente liberaba átomos de azufre de los péptidos y oxidaba el hierro, convirtiéndolo en una forma, hierro (III), que podía interactuar fácilmente con el azufre, según informó el equipo en Nature Chemistry.

De este modo, el equipo probó más de 30 compuestos potenciales diferentes bajo condiciones alternativas, y halló que las reacciones también se producían con moléculas más simples que contenían azufre. Algunas de ellas incluso se producían dentro de grupúsculos de ácido graso, que es un laboratorio de sustitución de las protocélulas. En la mayoría de los casos, el proceso resultó ser “sorprendentemente similar” a la forma en que los clústeres hierro-azufre se sintetizan en células vivas modernas, según escribieron los autores.

(Imagen ampliable) Lagos en Cráteres en la falla Albertina, en África. Imagen: Joel Sartore

Tiene sentido, dice Mansy, que la luz solar tuviese un papel en la síntesis temprana de hierro-azufre. Eso es porque la Tierra carecía de una capa de ozono que la protegiera de la luz ultravioleta, que era mucho más intensa hace 4 mil millones de años de lo que es ahora. Es más, los lagos de toda la Tierra joven habrían recibido mezclas ​​ricas en minerales similares a los del experimento. Esto es particularmente cierto para los que se hallan dentro de los cráteres volcánicos y áreas de impacto, donde agua filtrada a través de rocas fracturadas pudo haber traído hierro a la superficie, dice Jack Szostak, biólogo molecular de la Universidad de Harvard que también participó en el trabajo. De hecho, un artículo del coautor John Sutherland, químico del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica de Cambridge, sugiere que todos los productos químicos básicos para la vida se pudieron haber cocinado en cráteres de impacto llenos de agua.

Pero Mansy mismo es cauteloso en cuanto al significado del nuevo estudio. Mostrar que algo puede suceder en el laboratorio es diferente de decir que, de hecho, sucedió, enfatiza. “Esta reacción sólo puede volverse verdaderamente importante si podemos demostrar que existió algún tipo de ventaja selectiva para la red de productos químicos involucrados”. Si ese es el caso, se podría comenzar a explicar cómo la química no viva generó reacciones que eventualmente evolucionaron hacia sistemas vivos. Pero es posible que descubrir la secuencia exacta de los acontecimientos que facilitaron el surgimiento de la vida se haya perdido para siempre más allá del horizonte del tiempo, advierte Hazen. “Al igual que muchos experimentos químicos laureados como contribuciones a los ‘orígenes de la vida’, [esto] es más sugerente que definitivo”.

Artículo original publicado por Science. Revisado y traducido por ¡QFC!

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2017-07-27T17:09:24+00:00