Surgen protocélulas en un experimento que simula un mundo sin vida.
- Alice Meraviglia
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Investigadores de un laboratorio español observan, por primera vez, la formación de compartimentos con los ingredientes básicos de los organismos.
Por Manuel Ansede (2024 12 31)
El geólogo Juan Manuel García Ruiz aún habla con asombro de cómo él y sus colegas han creado «un proto-mundo» en su laboratorio, situado a sólo 1.500 metros de la playa de La Concha, en la ciudad española de San Sebastián. Puede parecer monumental, y lo es, pero lo que tienen es un pequeño recipiente transparente, de apenas tres litros, donde han colocado una mezcla de agua, metano, nitrógeno y amoníaco, a la que han añadido descargas eléctricas para simular las duras condiciones de la Tierra primitiva. Este experimento es una nueva iteración del famoso trabajo de 1952 de Stanley Miller, un químico estadounidense de 22 años que demostró que los componentes básicos de la vida podían crearse fácilmente en una sopa primordial. García Ruiz, sin embargo, se ha encontrado con un avance inesperado. «En su matraz también se han formado protocélulas, estructuras consideradas precursoras de la vida. «Es asombroso», afirma.
El investigador español, de 71 años, explica que su experimento duró apenas dos semanas. Casi de inmediato, se formó una fina capa en la superficie, parecida a la nata en la leche, y el agua, antes transparente, se volvió de un marrón amarillento. Las imágenes del microscopio son desconcertantes, pues revelan una multitud de diminutas estructuras curvilíneas que cualquier observador podría confundir con organismos vivos, pero que no lo son. Se trata simplemente de moléculas autoorganizadas.
«Siempre hemos abordado el origen de la vida siguiendo el texto bíblico, como si hubiera un soplo divino, un momento singular en el que todo se vuelve irreversible. Lo que nuestro estudio sugiere es que no fue así, sino que se trata de una evolución química de millones de años, absolutamente aleatoria, como la evolución biológica posterior, y que aumenta en complejidad con el tiempo. Puede dar lugar a estructuras autoorganizadas y, en algunos casos, a estructuras autoensambladas, como la vida», explica García Ruiz. «Este tipo de proto-mundo debe existir en miles de millones de planetas en todo el universo. Y estos proto-mundos pueden conducir a algo tan complejo como la vida, o a nada en absoluto. No hay un diseño inteligente, ni un soplo divino de vida, ni tampoco una reacción fundamental», afirma García Ruiz, geólogo del Donostia International Physics Center.
En febrero de 1953, un veinteañero Stanley Miller redactó en apenas una docena de párrafos sus revolucionarios resultados y cambió la visión que la humanidad tenía de sí misma. Demostró que con tres gases, agua y descargas eléctricas era posible crear aminoácidos en un laboratorio, moléculas que forman las proteínas, las máquinas biológicas que constituyen la materia viva.
El equipo de Juan Manuel García Ruiz reprodujo el experimento de Miller en 2021, pero en lugar de utilizar el recipiente de cristal original, optó por uno de teflón. Su conclusión fue noticia en todo el mundo: en su experimento no surgieron componentes básicos de la vida. El sílice -un mineral compuesto de silicio y oxígeno que se encuentra en el vidrio- era esencial. El año pasado, un consorcio dirigido por García Ruiz recibió 10 millones de euros (10,4 millones de dólares) de la Unión Europea para investigar el papel del sílice en el origen de la vida.
El nuevo experimento no sólo generó aminoácidos, sino también las cinco nucleobases que forman el núcleo del ADN. Sin embargo, el avance más significativo fue la aparición simultánea de «protocélulas». García Ruiz explica que estas protocélulas son vesículas huecas que compartimentan el espacio, encapsulando los componentes básicos de la vida y facilitando sus reacciones entre sí, un paso esencial en la sopa primordial de la Tierra primitiva. «Estas protocélulas debieron de aparecer también en el experimento de Miller y en otros posteriores, pero nadie las había buscado hasta ahora», afirma García Ruiz, que ha dirigido la investigación junto a su colega alemán Christian Jenewein.
Sus hallazgos sugieren que la vida en la Tierra podría haberse originado cientos de millones de años antes de lo que se creía, potencialmente durante el periodo Hadeico, la era geológica que comenzó hace 4.600 millones de años con la formación de la Tierra y terminó hace unos 4.000 millones de años. García Ruiz señala que sus «protocélulas» se forman por la acción del burbujeo, utilizando unidades repetidas de ácido cianhídrico, una molécula simple compuesta por un átomo de hidrógeno, uno de carbono y uno de nitrógeno. «Varios estudios sugieren que estos polímeros de ácido cianhídrico podrían dar lugar a todo lo necesario para crear los componentes básicos de la vida», explica el geólogo. Su estudio se publicó el lunes en PNAS, la revista de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos.
El biólogo mexicano Antonio Lazcano recuerda que hace 100 años, el científico soviético Aleksandr Oparin publicó El origen de la vida, en el que defendía la hipótesis de que los primeros organismos surgieron de la evolución química de las moléculas en la sopa primordial de la Tierra primitiva. En plena Guerra Fría, un joven Stanley Miller se basó en el trabajo de Oparin. «El mérito del estudio de García Ruiz es seguir la evolución de moléculas simples hasta la formación de estructuras microscópicas complejas dentro de un mismo sistema», aplaude Lazcano, fundador del Laboratorio del Origen de la Vida de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).
Sin embargo, Lazcano se muestra cauto. «Yo no las llamaría protocélulas, porque eso sugiere una continuidad evolutiva que está lejos de demostrarse y que no se corresponde con su composición química», apunta. «Tienen razón al escribir que pudieron ser microreactores que permitieron otras reacciones, pero aún estamos lejos de construir una secuencia detallada y realista de la evolución que llevó desde los componentes inorgánicos y las moléculas de la Tierra prebiótica hasta los primeros organismos, entre otras razones porque aún no nos ponemos de acuerdo sobre cuál sería una buena definición de 'primeras formas de vida'».
El propio García Ruiz subraya esta incertidumbre. «Yo diría que la conclusión de nuestro trabajo es que, hoy por hoy, la diferencia entre lo vivo y lo no vivo está menos clara que nunca, tanto morfológica como químicamente», afirma el geólogo, que también es investigador emérito del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (CSIC) en Granada, donde se realizaron parte de los experimentos. Advierte que las misiones espaciales, que pronto traerán rocas de Marte, podrían revelar aminoácidos, nucleobases de ADN e incluso estas «protocélulas», pero eso no probaría necesariamente la existencia de vida extraterrestre.
Kepa Ruiz Mirazo, filósofo de la biología y experto en el origen de la vida y modelos protocelulares, también aplaude el «excelente trabajo» de García Ruiz. «La trascendencia de esta investigación, más allá de situar los primeros pasos hacia la vida en tiempos muy remotos, radica en que la síntesis de moléculas orgánicas al estilo del experimento de Miller se acompaña ahora de la formación de compartimentos con un tamaño, morfología y topología similares a los de una célula», apunta Ruiz Mirazo, de la Universidad del País Vasco.
«Queda por ver -y espero que este grupo asuma el reto de demostrarlo- si este tipo de estructuras supramoleculares cerradas y huecas podrían acoplarse a la química prebiótica, con la que coevolucionar hacia formas de organización verdaderamente protocelulares, estableciendo mecanismos de intercambio de materia y energía con su entorno», señala Ruiz Mirazo. «Desde mi punto de vista, la encapsulación de precursores biomoleculares, aunque necesaria (como argumentan los autores del artículo), no es en sí misma condición suficiente para que un compartimento sea considerado una protocélula. Sin embargo, así es como avanza la ciencia en todos los campos: cuanto más significativo es un logro, más preguntas plantea. Seguir investigando en este campo ampliará sin duda los horizontes en la búsqueda de nuestros orígenes más profundos y lejanos, como entidades biológicas que somos.»
El geólogo García Ruiz prepara una expedición a Kenia en 2026, al Valle del Rift, una zona que, en su opinión, guarda similitudes con la Tierra primitiva, con lagos alcalinos y abundante sílice. Mientras tanto, su equipo seguirá experimentando con el método clásico de Miller, explorando nuevas variaciones: cambiando la temperatura y añadiendo ingredientes como azufre, fósforo y monóxido de carbono. «Vamos a ampliar el tiempo y empezar a cocinar, a ver qué pasa», dice.
