Pocas preguntas han fascinado más a la humanidad que el origen de la vida en la Tierra. ¿Cómo surgieron las primeras células vivas? ¿Cómo desarrollaron estas primeras protocélulas las membranas estructurales necesarias para el desarrollo celular y su ensamblaje en organismos complejos?
Neil Devaraj, profesor de química y bioquímica del laboratorio de la Universidad de California en San Diego, descubrió una explicación plausible que implica una reacción entre dos moléculas simples. Este trabajo se muestra La naturaleza es química..
La vida en la Tierra requiere membranas lipídicas, la estructura de una célula que alberga 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 a partir de moléculas simples que aparecieron 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 casi el doble de enlaces) abundaban en la Tierra primitiva. Sin embargo, se requieren moléculas de cadena más larga para formar vesículas, los compartimentos que contienen la compleja maquinaria de una célula.
Aunque era posible que algunas moléculas de grasa simples formaran compartimentos lipídicos por sí solas, esto requeriría una concentración muy alta de moléculas que probablemente no existían en una Tierra prebiótica, una época en la que las condiciones de la Tierra eran hospitalarias. Vida pero aún no existencia.
“A primera vista, esto puede no parecer novedoso porque la producción de lípidos siempre ocurre en presencia de enzimas”, dijo Devraj, quien también ocupa la Cátedra Murray Goodman de Química y Bioquímica. “Pero hace más de cuatro mil millones de años no había enzimas. Sin embargo, de alguna manera se formaron estas primeras estructuras de protocélulas. ¿Cómo? Ésa es la pregunta que estábamos tratando de responder”.
Para descubrir una explicación para esta primera membrana lipídica, el equipo de Devaraj comenzó con dos moléculas simples: un aminoácido llamado cisteína y un tioéster de colina de cadena corta, similar a las moléculas involucradas 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 se sentía atraída por los tioésteres cargados positivamente. En la superficie de la sílice, las cisteínas y los tioésteres reaccionan espontáneamente para formar lípidos, formando vesículas de membrana similares a protocélulas que son lo suficientemente estables como para sostener reacciones bioquímicas. Esto ocurrió a concentraciones más bajas que las que se requerirían en ausencia de catalizador.
“Parte del trabajo que estamos haciendo es tratar de comprender cómo pudo haber surgido la vida en ausencia de vida. ¿Cómo evolucionó la vida a partir de la materia en primer lugar?” dijo Devaraj. “Aquí ofrecemos una posible explicación de lo que pudo haber sucedido”.
Lista completa de autores: Christy J. Cho, Taiyang An, Alessandro Fracassi, Roberto J. Brea y Neil K. Devraj (todos UC San Diego); Yeh-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).