Descubren cómo se formaron las primeras células en la Tierra

Este relato comienza unos 4 mil millones de años atrás, cuando la Tierra estaba comenzando a desarrollar las condiciones adecuadas para la vida. Y uno de los enigmas que persiguen los científicos que estudian el origen de la vida, es si el tipo de química presente en aquellos tiempos era similar a la que requiere la vida en la actualidad. Lo que sí saben es que las protocélulas, conjuntos esféricos de grasas, fueron las “semillas” de las células durante el inicio de la vida. La pregunta clave es, ¿cómo surgieron y cómo se diversificaron las protocélulas simples para eventualmente dar lugar a la enorme diversidad biológica de nuestro planeta?

Un equipo de científicos del Scripps Research Institute, liderados por Ramanarayanan Krishnamurthy, ha descubierto una posible respuesta para explicar cómo las protocélulas se formaron por primera vez y progresaron químicamente para permitir una diversidad de funciones.

Los hallazgos, publicados en Chem, sugieren que un proceso químico llamado fosforilación (básicamente el añadido de grupos fosfato a la molécula, un proceso fundamental, ya que es el mecanismo básico de transporte de energía en la célula) puede haber ocurrido antes de lo que se pensaba. Este proceso de fosforilación llevaría permitiría el surgimiento de protocélulas estructuralmente más complejas, capaces de albergar reacciones químicas y dividirse con una gama más amplia de funciones, lo que nos posibilitaría comprender mejor cómo pudo haber tenido lugar la evolución temprana.

“En algún momento todos nos preguntamos de dónde venimos – señala Krishnamurthy -. Ahora hemos descubierto una posible forma en la que los fosfatos podrían haberse incorporado a estructuras similares a las células antes de lo que se pensaba, lo que sienta las bases para la vida. Este hallazgo nos ayuda a comprender mejor los entornos químicos de la Tierra primitiva para que podamos descubrir los orígenes de la vida y su evolución”.

En este estudio, el equipo dirigido por Krishnamurthy (codirector de una iniciativa de la NASA que investiga cómo surgió la vida) analizó 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 sería una apuesta lógica.

La idea general es que las protocélulas se forman a partir de ácidos grasos, pero no está 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 más complejas, algo similar a lo que ocurre con el ARN y el ADN: el primero tiene una sola cadena, mientras que el ADN es una doble cadena, lo que permite un número mayor de combinaciones.

Para evaluar esto, los autores del estudio imitaron las posibles condiciones prebióticas del planeta. Primero identificaron tres probables mezclas de sustancias químicas que potencialmente podrían crear vesículas, estructuras esféricas de lípidos similares a las protocélulas. Luego, observaron las reacciones de estas mezclas y agregaron químicos adicionales para crear nuevas mezclas. Estas soluciones se enfriaron y calentaron repetidamente mientras se movían para propiciar reacciones químicas. 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.

Luego utilizaron tintas fluorescentes para inspeccionar las mezclas y ver si se había producido la formación de vesículas. Las vesículas almacenan, transportan o digieren productos y residuos celulares. Son una herramienta fundamental de la célula para la organización del metabolismo. Los resultados dejan claro que el proceso de las primeras células en la Tierra habría sido muy similar a los ensayos.

“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", concluyen los autores.