Hace aproximadamente 4 mil millones de años, la Tierra estaba desarrollando condiciones adecuadas para la vida. Los científicos que estudian el origen de la vida a menudo se preguntan si el tipo de química encontrada en la Tierra primitiva era similar a la que requiere la vida hoy en día. Saben que conjuntos esféricos de grasas, llamados protocélulas, fueron los precursores de las células durante este surgimiento de la vida. Pero, ¿cómo surgieron y se diversificaron las protocélulas simples para eventualmente dar lugar a la vida en la Tierra?
Ahora, los científicos de Scripps Research han descubierto una vía plausible de cómo las protocélulas se formaron por primera vez y progresaron químicamente para permitir una diversidad de funciones.
Los hallazgos, publicados en línea el 29 de febrero de 2024 en la revista Chem , sugieren que un proceso químico llamado fosforilación (donde se agregan grupos fosfato a la molécula) puede haber ocurrido antes de lo esperado. Esto conduciría a protocélulas de doble cadena estructuralmente más complejas, capaces de albergar reacciones químicas y dividirse con una amplia gama de funcionalidades. Al revelar cómo se formaron las protocélulas, los científicos pueden comprender mejor cómo pudo haber tenido lugar la evolución temprana .
«En algún momento todos nos preguntamos de dónde venimos. Ahora hemos descubierto una forma plausible de que los fosfatos podrían haberse incorporado a estructuras similares a las células antes de lo que se pensaba, lo que sienta las bases de la vida», dice Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., coautor principal correspondiente y profesor del Departamento de Química de Scripps Research.
«Este hallazgo nos ayuda a comprender mejor los entornos químicos de la Tierra primitiva para que podamos descubrir los orígenes de la vida y cómo la vida puede evolucionar en la Tierra primitiva».
Krishnamurthy y su equipo estudian cómo ocurrieron los procesos químicos para causar las formaciones y sustancias químicas simples que estaban presentes antes del surgimiento de la vida en la Tierra prebiótica. Krishnamurthy también es codirector de una iniciativa de la NASA que investiga cómo surgió la vida en estos primeros entornos.
En este estudio, Krishnamurthy y su equipo colaboraron con el laboratorio del biofísico de materia blanda Ashok Deniz, Ph.D., coautor principal correspondiente y profesor en el Departamento de Biología Computacional y Estructural Integrativa de Scripps Research. Intentaron examinar si los fosfatos podrían haber estado involucrados durante la formación de las protocélulas. Los fosfatos están presentes en casi todas las reacciones químicas del cuerpo, por lo que Krishnamurthy sospechó que podrían haber estado presentes antes de lo que se creía anteriormente.
Los científicos pensaban que las protocélulas se formaban a partir de ácidos grasos , pero no estaba claro cómo las protocélulas pasaron de una cadena simple a una cadena doble de fosfatos, que es lo que les permite ser más estables y albergar reacciones químicas.
Los científicos querían imitar condiciones prebióticas plausibles: los entornos que existían antes del surgimiento de la vida. Primero identificaron tres probables mezclas de sustancias químicas que potencialmente podrían crear vesículas, estructuras esféricas de lípidos similares a las protocélulas.
Los productos químicos utilizados incluyeron ácidos grasos y glicerol (un subproducto común de la producción de jabón que pudo haber existido durante la Tierra primitiva). Luego, observaron las reacciones de estas mezclas y agregaron químicos adicionales para crear nuevas mezclas. Estas soluciones se enfriaron y calentaron repetidamente durante la noche con algo de agitación para promover reacciones químicas.
Luego utilizaron tintes fluorescentes para inspeccionar las mezclas y juzgar si se había producido la formación de vesículas . En ciertos casos, los investigadores también variaron el pH y las proporciones de los componentes para comprender mejor cómo estos factores afectaban la formación de vesículas. También observaron el efecto de los iones metálicos y la temperatura sobre la estabilidad de las vesículas.
«Las vesículas pudieron pasar de un entorno de ácidos grasos a un entorno de fosfolípidos durante nuestros experimentos, lo que sugiere que podría haber existido un entorno químico similar hace 4 mil millones de años», dice el primer autor Sunil Pulletikurti, investigador postdoctoral en el laboratorio de Krishnamurthy.
Resulta que los ácidos grasos y el glicerol pueden haber sufrido fosforilación para crear esa estructura de doble cadena más estable. En particular, los ésteres de ácidos grasos derivados del glicerol pueden haber dado lugar a vesículas con diferentes tolerancias a los iones metálicos, las temperaturas y el pH, un paso crítico en la diversificación de la evolución.
«Hemos descubierto una vía plausible de cómo podrían haber surgido los fosfolípidos durante este proceso evolutivo químico», dice Deniz. «Es emocionante descubrir cómo las primeras químicas pueden haber hecho la transición para permitir la vida en la Tierra. Nuestros hallazgos también sugieren una riqueza de física intrigante que puede haber desempeñado papeles funcionales clave en el camino hacia las células modernas».
A continuación, los científicos planean examinar por qué algunas vesículas se fusionaron mientras que otras se dividieron para comprender mejor los procesos dinámicos de las protocélulas.
Fuente: phys.org