Gotas de aceite imitan los inicios de la vida

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La falta de material genético no es un obstáculo para el comportamiento similar al de la vida.

Gotas de aceite que se arrastran con determinación a través de su entorno acuoso, metabolizan combustible, sienten sus alrededores y, tal vez, incluso se replican – ¿podrían ser los precursores de la vida? Esto es lo que afirma un químico tras seguir una controvertida aproximación para modelar cómo los primeros organismos de la Tierra interaccionaban entre sí.

Gotas de aceite


Las teorías sobre cómo empezó la vida varían desde una química fortuita alrededor de fumarolas hidrotermales en el lecho oceánico, hasta la llegada de moléculas precursoras de la vida desde el espacio exterior. Pero hay pocas esperanzas de encontrar pruebas geológicas de este trascendental evento. La corteza de la Tierra se recicla constantemente, con las rocas más antiguas datando de apenas 3800 millones de años. Para ese momento, la vida estaba floreciendo y era relativamente compleja.

Por lo que otra forma de investigar lo que sucedió, es intentar repetirlo – construir formas de vida básicas, conocidas como protocélulas, en el laboratorio. Los intentos de hacer esto normalmente implican el uso de versiones simplificadas de células biológicas, y han asumido que ciertos bloques básicos, como el ARN, ya estaban presentes. Pero Martin Hanczyc de la Universidad del Sur de Dinamarca en Odense está buscando comportamientos similares a la vida en algo mucho más simple: En gotas de aceite. Describe su trabajo en un debate en la Royal Society sobre los orígenes de la vida, que tuvo lugar en Londres el 21 de febrero.

Carácter aceitoso

La primera ronda de experimentos de Hanczyc usó aceite de nitrobenceno. Para dar a las gotas un “metabolismo”, las colocó en una solución muy alcalina (pH 12) y las alimentó con un compuesto químico llamado anhídrido oleico, que se convierte en ácido oleico al contacto con el agua. Esta reacción disminuyó el pH en los límites de las gotas, creando una tensión superficial desigual, provocando que se movieran de manera autónoma a través del líquido (ver video). Mientras tanto, la convección dentro de las gotas llevaba a la superficie un suministro fresco de anhídrido oleico.

Las gotas pueden “sentir” si entorno – moviéndose a través de un gradiente de pH para buscar el pH más alto posible (En este video, la tintura azul indica un pH más alto). Y colocando el combustible en el agua, con un catalizador químico en el aceite, las gotas pueden absorber el combustible de sus alrededores. “Logras gotas inmortales”, dice Hanczyc. “mientras las sigas alimentando, se siguen moviendo”.

El sistema guarda algo más que una sutil semejanza con el aliño de una ensalada. Pero Hanczyc insiste en que tiene potencial para grandes cosas, con un cuerpo auto-contenido, un metabolismo incrustado y la capacidad de evitar el equilibrio1,2. “Si evitar el equilibrio por parte de una estructura es el pre-requisito más fundamental para la vida, entonces este modelo podría considerarse como un tipo primitivo de vida que podría haber sido posible en la joven Tierra”, comenta.

También son posibles otros tipos de comportamientos. Las gotas tienden a ir en círculos unas en torno a otras sin tocarse, lo que Hanczyc ve como una prueba de comunicación química rudimentaria: “Comparten el mismo lenguaje químico”. En el trabajo aún no publicado, Hanczyc y sus colegas también han demostrado que las acciones pasadas de las gotas pueden influir en las futuras, lo que podría interpretarse como una forma primitiva de memoria.

Crear compartimentos acuosos dentro de las gotas de aceite permitiría estructuras más complejas. Y el equipo está trabajando para crear inestabilidades dentro de las gotas que podrían provocar que se auto dividan – con la consiguiente alimentación o fusión, que podría llevar a un primitivo ciclo de replicación.

Para demostrar cómo podría haber sucedido esto en la joven Tierra, Hanczyc está ahora recreando sus gotas usando ingredientes que habrían estado en la zona cuando empezó la vida, incluyendo aceite mineral – una mezcla de hidrocarburos simples llamados alcanos – y el compuesto orgánico simple cianuro de hidrógeno (HCN), que reacciona con el agua para formar precursores biológicos tales como aminoácidos y nucleobases. Estas gotas muestran muchos de los mismos comportamientos, dijo en la conferencia.

Necesidad de software

La reacción entre los asistentes fue heterogénea. El geólogo Norm Sleep de la Universidad de Stanford en California dice que no conoce ningún ejemplo de que se formen tales estructuras autónomas en los sistemas geológicos, pero no descarta que pudiese suceder. Las moléculas orgánicas necesarias habrían estado por allí, dice, tal vez a gran profundidad bajo la superficie de la Tierra o en el lecho marino.

Pero los bioquímicos defienden que la falta de información genética en las gotas indica que nunca se desarrollarían en algo más complejo. “Tienes que poner software en el hardware”, dice Philipp Holliger del Laboratorio MRC de Biología Molecular en Cambridge, Reino Unido, Que recientemente sugirió que antes de que evolucionaran las células, el ARN podría haberse replicado dentro de micro-compartimentos llenos de líquidos dentro del hielo3.

Hanczyc no está de acuerdo. “Creo que se lograrían estructuras bastante complejas”, comenta. “No tienes ARN o ADN, pero la información necesaria está incrustada en la química del sistema”.  Las características pasarían a las gotas hijas en la división, aunque admite que sin estar codificadas formalmente, serían dependientes del entorno, y podrían perderse fácilmente.

Jack Szostak, biólogo de la Facultad de Medicina de Harvard en Boston, Massachusetts, es conocido por ser el que más cerca está de construir una forma de vida artificial en el laboratorio. Él y sus colegas trabajan con moléculas de ácidos grasos que, en agua, formas espontáneamente vesículas con membranas similares a las de las células biológicas, y soportan la replicación de una plantilla de ADN añadida4. Szostak dijo en la reunión de la Royal Society que estas protocélulas pueden crecer y dividirse, e incluso competir entre sí. Por ejemplo, las vesículas con fosfolípidos en sus membranas – un componente clave de las membranas celulares reales – crecen más rápido que las que no lo tienen.

Parece perplejo con la aproximación de Hanczyc basada en el aceite. “Es un sistema simple e interesante”, comenta. “No veo relevancia para el origen de la vida. Pero nunca se sabe”.

Hanczyc, sin embargo, defiende que la vida basada en el aceite merece ser tomada en serio, aunque sólo sea como un recordatorio de la extraña variedad de formas que puede tomar la vida. Si no está implicada en nuestra historia de la vida, argumenta, los organismos de aceite podrían estar viviendo junto a nosotros, enterrados en las profundidades de la Tierra, o en algún punto del Sistema Solar – por ejemplo en Titán, la mayor luna de Saturno donde el HCN y otros hidrocarburos son abundantes.

“Este comportamiento es muy fácil de encontrar, simplemente echando las cosas en una olla”, dice, señalando que muchas reacciones biológicas tienen lugar con mayor facilidad en el aceite que en el agua. “No deberíamos estar sesgados por el hecho de que nosotros seamos organismos completamente basados en agua”.


Referencias:
1. Hanczyc, M. M. et al. J. Am. Chem. Soc. 129, 9386-9391 (2007).
2. Toyota, T. et al. J. Am Chem. Soc. 131, 5012-5013 (2009).
3. Attwater, J. et al. Nature Communications doi:10.1038/ncomms1076 (2010).
4. Mansy, S. et al. Nature 454, 122-125 (2008).

Autor: Jo Marchant
Fecha Original: 23 de febrero de 2011
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