Avalancha de reacciones en el origen de la vida

Artículo publicado el 19 de enero de 2012 en TUM

El origen de la vida se ve como la formación de las primeras biomoléculas, las cuales pueden estar sujetas a multiplicación y posterior desarrollo. Hasta ahora no estaba claro qué reacciones podrían haber disparado la evolución de este metabolismo original. Ahora, científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han revelado dichos mecanismos, mediante los cuales unas pocas biomoléculas pueden crear nuevos productos, al estilo de una avalancha que inicie un metabolismo autoexpansivo. “Chemistry – A European Journal“” publica ahora sus resultados.

Los canales de flujo volcánico-hidrotermal ofrecen un entorno químicamente único el cual, a primera vista, parece hostil a la vida. Se definen como grietas en la corteza de la Tierra, a través de las cuales fluye el agua, repletas de gases volcánicos que están en contacto con una diversidad de minerales. Y aun así – es precisamente este entorno extremo donde podrían haber surgido los dos mecanismos que son la raíz de la vida: La multiplicación de biomoléculas (reproducción) y el surgimiento de nuevas biomoléculas en base a otras biomoléculas anteriormente formadas (evolución).

ADN © by Mark Cummins


En el inicio de esta concatenación de reacciones que llevó finalmente a la creación de formas celulares de vida, hay sólo unos pocos aminoácidos, los cuales se formaron a partir de gases volcánicos mediante catálisis mineral. Similar a una ficha de dominó que dispara toda una avalancha, estas primeras biomoléculas estimularon no sólo su propia síntesis posterior, sino también la producción de todo un nuevo grupo de biomoléculas. “De esta forma la vida se inicia por necesidad, de acuerdo con las leyes preestablecidas de la química y en una dirección predeterminada”, declara Günter Wächtershäuser, profesor honorario de bioquímica en la Universidad de Regensburg. Wächtershäuser desarrolló el mecanismo de un metabolismo autogenerador – teóricamente, por desgracia, ya que no hemos tenido hasta el momento una demostración experimental.

Ahora, científicos junto a Claudia Huber y Wolfgang Eisenreich, de la Cátedra de Bioquímica en el Departamento de Química de la TUM, en estrecha cooperación con Wächtershäuser, lograron demostrar experimentalmente por primera vez la posibilidad de tal mecanismo autoestimulador. Un catalizador que consta de compuestos de los metales de transición níquel, cobalto o hierro tiene el papel principal en estas reacciones. Proporciona no sólo la formación de las primeras biomoléculas, sino también inicia la concatenación de reacciones. La razón: Las biomoléculas recientemente formadas a partir de los gases volcánicos se unen al centro del catalizador del metal de transición para permitir posteriores reacciones químicas, generando unas biomoléculas completamente nuevas. “Este acoplamiento entre el catalizador y un producto de reacción orgánica es el primer paso”, explica Wächtershäuser. “La vida surge si posteriormente tiene lugar una cascada de acoplamientos, y esta vida primordial lleva finalmente a la formación del material genético y de las primeras células”.

Los científicos simularon en sus experimentos las condiciones de canales de flujo volcánico-hidrotermal, y establecieron un sistema acuoso-organometálico que produce todo un conjunto de biomoléculas diferentes, entre ellas los aminoácidos glicina y alanina. Aquí la fuente de carbono la proporciona un compuesto ciano y el agente reductor el monóxido de carbono. Los compuestos de níquel resultaron ser los catalizadores más efectivos en estos experimentos. Los científicos añadieron luego los productos glicina y alanina a otro sistema, que generó, de nuevo, dos nuevas biomoléculas. El resultado: Los dos aminoácidos incrementaron la productividad obtenida por el segundo sistema en un factor de cinco.

En futuros experimentos, los científicos intentarán recrear con mayor precisión las condiciones de los sistemas volcánicos-hidrotermales, donde podría haber surgido la vida hace miles de millones de años. “Para este propósito primero simulamos ciertas etapas en el desarrollo de un sistema de flujo volcánico-hidrotermal para determinar los parámetros esenciales”, explica Wächtershäuser. “Sólo a partir de entonces pudimos llegar a una construcción racional de un reactor de flujo”.

Los resultados de los científicos que trabajaron junto a Wächtershäuser y Eisenreich demuestran que es factible el origen y evolución de la vida en el agua caliente de los conductos de flujo volcánico. Los resultados revelan ventajas de la teoría en comparación con otras aproximaciones. En los conductos de flujo, la temperatura, presión y pH cambian a lo largo del camino del flujo y, de ese modo, se ofrece un espectro graduado de condiciones que es apropiado para todas las etapas, desde la evolución inicial a la formación del material genético (ARN/ADN).

La propiedad más importante del sistema es su autonomía: En oposición a la idea prebiótica fría, el primer metabolismo no fue dependiente de eventos accidentales o una acumulación de componentes esenciales a lo largo de miles de años. Tan pronto como cae la primera pieza del dominó, las otras la siguen de forma automática. El origen de la vida avanza a lo largo de trayectorias definidas, preestablecidas por las reglas de la química – un proceso determinado químicamente dando lugar al árbol de todas las formas de vida.

Este trabajo está patrocinado por Deutsche Forschungsgemeinschaft (WA- 983/3, WA-983/4 y EI-384/3–1), Hans-Fischer Gesellschaft y Fonds der Chemischen Industrie.


Artículos de Referencia:

Elements of metabolic evolution, C. Huber, F. Kraus, M. Hanzlik, W. Eisenreich, G. Wächtershäuser, Chemistry – A European Journal, publicación en línea avanzada: 13 Jan 2012 – DOI: 10.1002/chem.201102914

Fecha Original: 19 de enero de 2012
Enlace Original

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Comments (7)

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  4. Dr. Exploitation

    Günter Wächtershäuser, va a ser que no xD.

  5. Un estudio fascinante este, pero es como en principio se sospechaba, hasta con la existencia de algùn catalizador que ayudara la reacciòn. Hay que destacar que en algùn momento de la reacciòn debiò haber existido algùn proceso en donde las cèlulas se replicaban, supongo yo.

  6. Pocose

    Apasionante el mundo de los precursores de LUCA. Nunca dejó de revolotear mi imaginación en él.
    Nunca imagine que los precursores de LUCA surgieran de una gran sopa primordial, sino que ya fuera aquí o en otro lugar del cosmos (Panspermia), siempre imaginé que surgirían en pequeñas localizaciones donde con condiciones muy particulares, las moléculas precursoras estuviesen expuestas tanto a aportes energéticos exteriores intermitentes o graduales, como a dispersiones y acúmulos así mismo intermitentes o graduales, a si como a distintos catalizadores, todo ello iría dando lugar a una progresiva complejidad de moléculas orgánicas, que en algún momento producirían las primeras ribozimas o sustancias parecidas con capacidades catalíticas y autocatalíticas, pudiendo ya replicarse de una manera aun bastante imperfecta, imperfecciones que producirían una enorme diversidad, aislándose distintas combinaciones de estas moléculas en micro burbujas, de lípidos presentes en el medio, o incluso ya catalizados por ellas mismas, iniciando una cadena de sucesivos, muy variados y probablemente inestables, precursores de LUCA, sujetos todos en este o estos ecosistemas ARN a un proceso evolutivo no muy diferente al que conocemos, del que por fin saldría nuestro LUCA, con la gran ventaja de haberse dotado de una copia de seguridad ADN de todos los conocimientos adquiridos por el camino.
    Y en el caso de que LUCA hubiera llegado del espacio, vaya usted a saber cuantos parientes próximos o lejanos, habrá dejado repartidos por ahí.
    A este proceso aun le quedan muchos pasos en el aire y probablemente nunca sabremos con absoluta certeza como y donde ocurrió. Este interesantísimo estudio nos aproxima bastante a como pudieron ser los primeros pasos, que no habrian de ser tan ecepcionales y que perfectamente pududieron ocurrir aquí.
    Gracias por esta magnífica primicia.

  7. mike

    No olvides que LUCA no era un sólo organismo, si no un conjunto de especies pre-arqueas que mezclaban sus genes entre sí (algo similar a una orgía zoofílica a escala micrométrica XD) y que terminaron definiendose, como conjunto, en los 3 dominios que conocemos en la actualidad. Aunque yo sospecho que se originaron más dominios, ahora extintos (o quizá… ocultos O_o), pero es una opinión personal.

    Ahora me interesaría saber cómo van las simulaciones de ADN basado en más de 4 pares de bases. Ayudaría a saber cómo fue que sobrevivieron las formas de vida que somos ahora entre toda esa variedad.

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