Pocas preguntas han fascinado más al hombre que los orígenes de la vida en la Tierra. ¿Cómo surgieron las primeras células vivas? ¿Cómo desarrollaron estas primeras protocélulas las membranas estructurales necesarias para que las células florecieran y se ensamblaran en organismos complejos?
Una nueva investigación del laboratorio de Neil Devaraj, profesor de química y bioquímica de la Universidad de California en San Diego, ha revelado una explicación plausible que implica una reacción entre dos moléculas simples. Se nota en la obra. Química de la naturaleza.
La vida en la Tierra requiere membranas lipídicas, la estructura de una célula que mantiene su mecánica interna y sirve como andamio para muchas reacciones biológicas. Los lípidos están formados por largas cadenas de ácidos grasos, pero ¿cómo se formaron estas primeras membranas celulares de moléculas simples en la Tierra hace miles de millones de años, antes de la existencia de vida compleja?
Los científicos creen que las moléculas simples con cadenas grasas cortas de menos de 10 enlaces carbono-carbono (las cadenas grasas complejas pueden tener aproximadamente el doble de enlaces) abundaban en la Tierra primitiva. Sin embargo, las moléculas con cadenas de mayor longitud son esenciales para formar vesículas, los compartimentos que albergan la compleja maquinaria de la célula.
Aunque es posible que algunas moléculas grasas simples formen compartimentos lipídicos por sí solas, estas moléculas serían necesarias en concentraciones muy altas que probablemente no existían en la Tierra prebiótica, una época en la que las condiciones en la Tierra debían haber sido menos hospitalarias. La vida, sin embargo, aún no existía.
“A primera vista, esto no parece novedoso porque la producción de lípidos ocurre todo el tiempo en presencia de enzimas”, dijo Devaraj, quien también es catedrático Murray Goodman de Química y Bioquímica. “Pero hace cuatro mil millones de años no había enzimas. Sin embargo, de alguna manera éstas se convirtieron en las primeras estructuras protocelulares. ¿Cómo? Ésa es la pregunta que intentábamos responder”.
Para describir estas primeras membranas lipídicas, el equipo de Devaraj partió de dos moléculas simples: un aminoácido llamado cisteína y un tioéster de colina de cadena corta, una molécula involucrada en la síntesis bioquímica y la degradación de los ácidos grasos.
Los investigadores utilizaron vidrio de sílice como catalizador mineral porque la sílice cargada negativamente fue atraída por el tioéster cargado positivamente. En la superficie de la sílice, las cisteínas y los tioésteres reaccionaron espontáneamente para formar lípidos, lo que hizo que las vesículas de membrana similares a protocélulas fueran lo suficientemente estables como para sostener reacciones bioquímicas. Esto ocurrió a concentraciones más bajas de las que se requerirían en ausencia de un catalizador.
“Parte del trabajo que estamos haciendo es tratar de comprender cómo pudo haber surgido la vida en ausencia de vida. ¿Cómo ocurrió en primer lugar esta transición de la materia a la vida?” dijo Devaraj. “Aquí ofrecemos una posible explicación de lo que podría suceder”.
Lista completa de autores: Christy J. Chu, Taiyang N., Alessandro Fracassi, Roberto J. Brea y Neil K. Devaraj (todos UC San Diego); Yei-Chen Lai, Alberto Vázquez-Salazar e Irene A. Chen (todos de UCLA).
Esta investigación fue apoyada, en parte, por la Fundación Nacional de Ciencias (EF-1935372) y los Institutos Nacionales de Salud (R35-GM141939).
