Una nueva visión del origen de la vida: Se logra por primera vez molécula de ARN que se replica y evoluciona.

El experimento ilumina el instante en que se inició la evolución molecular del ARN.

Investigadores de la Universidad de Tokio han logrado crear una molécula de ARN por primera vez que es capaz de replicarse, de crear descendientes diversos y de desarrollar complejidad a través de la evolución por selección natural de Darwin. Este resultado provee la primera evidencia empírica de que moléculas biológicas simples pueden hacer emerger sistemas complejos con la apariencia de vida. La vida plantea muchas preguntas, empezando por de dónde vino. Quienes han visto camisetas representando la evolución de simios a humanos a trabajadores de oficina exhaustos tendrán una idea de esto, pero ¿Y la evolución desde una molécula compleja hasta un simio? Por varias décadas una de las hipótesis ha sido que las moléculas de ARN (que son vitales para las funciones de las células) existían en una Tierra primitiva, posiblemente junto con proteínas y otras moléculas biológicas. Entonces, hace aproximadamente 4,000 millones de años, empezaron a autorreplicarse y desarrollarse a partir de una molécula inicial hasta crear una diversidad de moléculas complejas. Este cambio paso a paso posiblemente llevó al surgimiento de la vida como la conocemos, incluyendo plantas, animales y todo lo demás. Esta teoría ha resultado muy controversial, pues ha sido difícil crear tales sistemas autorreplicantes de ARN. Pero en un estudio publicado en Nature Communications, el asistente de proyecto Profesor Ryo Mizuuchi y el Profesor Norikazu Ichihashi de la Escuela Superior de Artes y Ciencias de la Universidad de Tokio, y su equipo, explican como llevaron acabo este experimento de larga duración en el que presenciaron la transición de un sistema químico a uno de complejidad biológica.

Moléculas de ARN se incubaron en gotitas de agua en aceite a 37 grados Celsius durante 5 horas. A continuación, se diluyó la solución hasta una quinta parte de la concentración utilizando nuevas gotitas que contenían nutrientes sin ARN, y se agitó enérgicamente. Cuando este proceso se repitió varias veces, se produjeron mutaciones. Crédito: © modificado de Mizuuchi 2022

El equipo estaba realmente entusiasmado con lo que vio. "Descubrimos que esa única especie de ARN evolucionó hasta convertirse en un complejo sistema de replicación: una red de replicadores compuesta por cinco tipos de ARN capaces de diferentes interacciones, lo que apoya la verosimilitud del escenario de transición evolutiva previsto desde hace tiempo", afirma Mizuuchi.

Comparado con estudios empíricos previos, este resultado es innovador porque el equipo utilizó un sistema único de replicación del ARN que fue capaz de experimentar evolución darwiniana, es decir, un proceso autoperpetuador de cambio continuo basado en mutaciones y selección natural, que permitió que surgieran estas distintas características, y que sobrevivieran justamente las que estaban adaptadas al entorno.

"Sinceramente, al principio dudábamos de que ARN's tan diversos pudieran evolucionar y coexistir", comentó Mizuuchi. "En biología evolutiva, el 'principio de exclusión competitiva' establece que más de una especie no puede coexistir si compite por los mismos recursos. Esto significa que las moléculas deben establecer una forma de utilizar diferentes recursos uno tras otro para una diversificación sostenida. No son más que moléculas, así que nos preguntamos si era posible que las especies químicas no vivas desarrollaran espontáneamente tal innovación".

¿Qué viene después? De acuerdo con Mizuuchi, "Lo simple de este sistema de replicación comparado con lo que hacen los organismos biológicos, nos va a permitir examinar la teoría evolutiva con una resolución que no teníamos antes. Como entenderán, la evolución de la complejidad que vemos en este experimento solo puede ser el principio. Siempre tienen que ocurrir un montón de eventos más para poder ser testigos de la emergencia de verdaderos sistemas vivos." Por supuesto, quedan muchas preguntas por responder, pero esta investigación provee una visión experimental real de una de las posibles rutas hacia la vida que un replicador temprano de ARN haya podido tomar en un planeta Tierra primitivo. Como dice Mizuuchi: "los resultados podrían ser pistas para resolver la pregunta más importante que nos hacemos los seres humanos: ¿Cómo ocurrió el origen de la vida?

Referencia: "Evolutionary transition from a single RNA replicator to a multiple replicator network" por Ryo Mizuuchi, Taro Furubayashi y Norikazu Ichihashi, 18 de marzo de 2022, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-29113-x Esta investigación cuenta con el apoyo principal de Grant-in-Aid for Scientific Research (Asignación n.º: JP19K23763, JP21H05867, JP15KT0080, JP18H04820, JP20H04859), JST PRESTO (Asignación n.º: JPMJPR19KA), Astrobiology Center Project Research (Asignación n.º: AB021005).