Burbujas de gas en los poros de rocas: vivero de vida primigenia
¿Dónde y cómo comenzó la vida en la Tierra Primitiva hace más de 3.500 millones de años a partir de sustancias químicas inertes?
Descubrir la respuesta a esta pregunta se ha debatido durante mucho tiempo y es un desafío para los científicos.
Una cosa que los científicos pueden buscar son los entornos potenciales que permitieron que la vida se activara. Una necesidad clave para las primeras células de la Tierra es la capacidad de formar compartimentos y evolucionar para facilitar las primeras reacciones químicas. Las microgotitas sin membranas son excelentes candidatas para describir protocélulas, con la capacidad de dividir, concentrar moléculas y apoyar reacciones bioquímicas.
Los científicos aún no han demostrado cómo esas microgotas podrían haber evolucionado para comenzar la vida en la tierra. Investigadores del Centro de Nanociencia (CeNS) de LMU y el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) en Dresde ahora demuestran por primera vez que el crecimiento y la división de microgotas sin membrana es posible en un entorno similar a burbujas de gas dentro de un poro de roca caliente en la Tierra Primitiva. Sugiere que la vida pudo haber tenido su origen allí.
El equipo que rodea a Dora Tang, líder del grupo de investigación del MPI-CBG, demostró en 2018 que el ARN simple está activo dentro de microgotitas sin membrana, lo que permite un entorno químico adecuado para el comienzo de la vida. Esos experimentos se llevaron a cabo en un entorno acuoso simple, donde se equilibraron las fuerzas en competencia. Sin embargo, las células necesitan un entorno en el que puedan dividirse y evolucionar continuamente.
Para encontrar un escenario más adecuado para los experimentos del origen de la vida, Dora Tang se asoció con Dieter Braun, profesor de Biofísica de Sistemas en LMU. Su grupo desarrolló condiciones con un ambiente no balanceado que permiten múltiples reacciones en un solo escenario y donde las células pueden evolucionar. Sin embargo, esas células no son como las células que conocemos hoy, sino más bien como precursoras de las células actuales, también llamadas protocélulas, hechas de coacervados sin membrana.
El entorno, creado por el laboratorio de Braun, es un escenario probable en la Tierra Primitiva, donde las rocas porosas en el agua en las proximidades de las actividades volcánicas se calentaron parcialmente. Para sus experimentos, Dora Tang y Dieter Braun usaron poros que contienen agua con una burbuja de gas y un gradiente térmico (un polo frío y uno caliente) para ver si las protoceldas se dividirían y evolucionarían. Alan Ianeselli, primer autor del estudio y estudiante de doctorado en el laboratorio de Dieter Braun, explica: "Sabíamos que la interfaz del gas y el agua atraía moléculas. Las protoceldas se localizan y acumulan allí y se ensamblan en otras más grandes. Esta es la razón por la que elegimos esta configuración en particular ".
Los investigadores de hecho observaron que las moléculas y las protocélulas iban a la interfaz gas-agua para formar protocélulas más grandes a partir de azúcar, aminoácidos y ARN. Alan continúa:" También observamos que las protocélulas eran capaces de dividir y fragmentar. Estos resultados representan un posible mecanismo para el crecimiento y la división de protocélulas sin membrana en la Tierra Primitiva ".
Además de la división y la evolución, los investigadores encontraron que como consecuencia del gradiente térmico, se habían formado varios tipos de protoceldas con diferente composición química, tamaño y propiedades físicas. Por lo tanto, el gradiente térmico en este entorno podría haber impulsado una presión de selección evolutiva sobre las protoceldas sin membrana.
Dora Tang y Dieter Braun, quienes supervisaron el estudio, resumen: "Este trabajo muestra por primera vez que la burbuja de gas dentro de un poro de roca caliente es un escenario convincente para la evolución de microgotas coacervadas sin membrana en la Tierra Primitiva. Estudios futuros podrían centrarse en más hábitats posibles y explorar más condiciones para que surja la vida".
Referencia
Non-equilibrium conditions inside rock pores drive fission, maintenance and selection of coacervate protocells. Alan Ianeselli, Damla Tetiker, Julian Stein, Alexandra Kühnlein, Christof B. Mast, Dieter Braun & T.-Y. Dora Tang. Nature Chemistry (2021). https://www.nature.com/article...