Orígenes de la vida: nuevas pruebas de que las primeras células se formaron en el fondo marino.
- Alice Meraviglia
- May 22, 2022
- 4 min read
¿De dónde proviene la vida? En los últimos años, muchos científicos se han pasado a inclinar de una "sopa primordial" en charcos de agua a los respiraderos hidrotermales de las profundidades del océano como fuente original de la vida en la Tierra. Pero uno de los mayores problemas de esta idea es que los investigadores han sido incapaces de recrear en el laboratorio uno de los procesos clave que habrían intervenido si esta teoría fuera cierta.
En concreto, no han sido capaces de formar membranas celulares simples en condiciones similares a las del agua de mar, lo que la mayoría coincide en que habría sido necesario para crear los primeros organismos vivos. Pero mis colegas y yo hemos demostrado recientemente, en un artículo publicado en Nature Ecology and Evolution, que la combinación de moléculas que los científicos han utilizado para recrear estas membranas no refleja los componentes que habrían estado disponibles en aquella época. De hecho, descubrimos que, con los ingredientes adecuados, las condiciones del respiradero oceánico son realmente necesarias para formar algunas membranas celulares.
Imagínese la Tierra hace 4.500 millones de años. El período de la historia geológica que llamamos el Hadeano no era tan infernal como creíamos. No era un mar de lava alimentado por innumerables volcanes, aunque ciertamente existieron. Probablemente se trataba más bien de pequeñas zonas de superficie rocosa rodeadas por un importante océano de agua global.
Pero no era el océano que conocemos hoy. Era más cálido, más ácido y rico en hierro. La atmósfera era mayoritariamente de nitrógeno, dióxido de carbono y sin oxígeno. Tampoco había vida. Sin embargo, en el fondo del océano empezaba a suceder algo.
Las sustancias químicas calientes que subían por el fondo marino permitían una reacción química entre el hidrógeno y el dióxido de carbono, produciendo compuestos orgánicos simples. Estas moléculas orgánicas reaccionaron para formar compuestos cada vez más complejos. Éstos se encapsularon en membranas celulares sencillas y aumentaron su complejidad, produciendo moléculas que podían transportar información y, finalmente, ADN. Estas fueron las primeras células vivas que pudieron crecer, dividirse y evolucionar.
Al menos, así fue como comenzó la vida en la Tierra. Todavía hay muchas teorías diferentes sobre cómo y dónde empezó la vida, incluidas las que proponen lagunas hidrotermales, capas de hielo o incluso el espacio exterior. Para tratar de entender cuál de estos escenarios es el más plausible, los científicos toman los diferentes componentes esenciales para la vida y ven si podemos encontrar una manera de reproducirlos en diferentes condiciones en el laboratorio.
No se trata de crear vida, sino las diferentes piezas que requiere. No todo el mundo se pone de acuerdo sobre lo que es la vida, pero algo en lo que coinciden muchos científicos en este campo es que el primer organismo vivo habría tenido una membrana celular.
La membrana celular, un requisito para la vida. Kateryna Kon/Shutterstock
as membranas celulares están formadas en su mayoría por fosfolípidos, que se componen de moléculas simples que incluyen ácidos grasos, isoprenoides y azúcares. Los fosfolípidos sólo los producen los organismos vivos. Pero los ácidos grasos pueden formarse en el medio ambiente mediante reacciones entre las rocas y el agua, y los isoprenoides o moléculas similares también pueden producirse de esta manera.
Estas moléculas simples forman estructuras de membrana denominadas vesículas, que se asemejan a una célula al formar una membrana de doble capa que rodea un espacio lleno de agua. Resulta que las vesículas pueden realizar muchas de las mismas funciones que las membranas celulares. Esto ha llevado a los investigadores del origen de la vida a investigar la posibilidad de que las vesículas hayan sido las primeras membranas celulares, lo que les ha valido el título de "protocélulas".
Se han realizado muchos experimentos con protocélulas para ver si pueden soportar las condiciones ambientales necesarias para las primeras células vivas. Por ejemplo, se forman fácilmente en el agua, pueden encapsular otras moléculas orgánicas y en su interior se puede fabricar la molécula similar al ADN, el ARN. Un gran problema es que a estas protocélulas no les gusta la sal. De hecho, la odian.
Los investigadores han demostrado que las protocélulas no se forman en presencia de las concentraciones de cloruro de sodio, magnesio y calcio que se encuentran en el agua de mar. Esto ha llevado a algunos a afirmar que la vida no pudo empezar en el océano.
Condiciones necesarias
Pero mis colegas y yo nos dimos cuenta de algo en todas estas investigaciones anteriores. Las protocélulas artificiales se hacían con entre uno y tres tipos de moléculas, aunque los experimentos han demostrado que habría muchas más moléculas disponibles en el océano primordial.
Cuando utilizamos una combinación de 14 moléculas, descubrimos que podíamos formar protocélulas que podían encapsular moléculas orgánicas, incluso en mezclas de cloruro de sodio, magnesio y calcio a concentraciones de agua de mar. Las soluciones debían estar a unos 70 °C y ser alcalinas, en torno al pH 12.L
Nuestro trabajo demuestra no sólo que estas protocélulas pueden formarse en las condiciones creadas por los respiraderos hidrotermales, sino que realmente necesitan estas condiciones para sobrevivir. Esto no prueba que la vida haya comenzado en los respiraderos, pero renueva la posibilidad de que lo haya hecho. También es relevante para la búsqueda de vida en otros planetas. Es posible que existan respiraderos hidrotermales alcalinos en el fondo de los océanos de las lunas heladas de Júpiter y Saturno.
Sin embargo, el problema del origen de la vida aún no está resuelto, ya que se están llevando a cabo investigaciones prometedoras a partir de varias teorías diferentes. Es un momento muy emocionante para este campo y poco a poco nos acercamos a la respuesta a una de las cuestiones más fundamentales de la vida. Hemos demostrado que las membranas pueden formarse donde antes se creía imposible. ¿Quién sabe lo que será posible en el futuro? A medida que las pruebas se acumulan para cada una de estas teorías, finalmente quedará claro qué entorno fue el lugar más probable del origen de la vida.
Jo Adetunji
Editora, The Conversation UKd
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