Los crisoles que perforaron los primeros componentes básicos de la vida pueden haber sido, en muchos casos, charcos modestos.
Ahora, los investigadores que trabajan con esa hipótesis han logrado un avance significativo hacia la comprensión de un misterio evolutivo: cómo se formaron los componentes del ARN y el ADN a partir de los productos químicos presentes en la Tierra primitiva antes de que existiera la vida.
En reacciones de laboratorio sorprendentemente simples en agua, en condiciones cotidianas, han producido lo que podrían ser buenos candidatos para los eslabones perdidos en el camino hacia el código de vida.
Y cuando esos componentes se unieron, el resultado incluso parecía ARN.
A medida que avanza el trabajo de los investigadores, podría revelar que gran parte de la química original que llevó a la vida surgió no en cataclismos ardientes y en cantidades escasas, sino abundante y gradualmente en pisos de tierra tranquilos, barridos por la lluvia o rocas a orillas del lago bañadas por las olas.
A su vez, su trabajo podría aumentar nuestra comprensión de la probabilidad de existencia de vida en otras partes del universo.
La investigación del Centro NSF / NASA para la Evolución Química, con sede en el Instituto de Tecnología de Georgia, se financia generosamente a través de una subvención de la National Science Foundation y la NASA. Los resultados recientes se publicaron el 25 de abril de 2016 en Comunicaciones de la naturaleza .
En busca de los orígenes específicamente del ARN, el pariente químico cercano del ADN, un equipo de investigación dirigido por Nicholas Hud, profesor de la Facultad de Química y Bioquímica del Instituto de Tecnología de Georgia y director del CCE, trabajó con un par deantepasados químicos potenciales de las nucleobases de ARN.
Durante aproximadamente medio siglo, los científicos han planteado la hipótesis de que la vida, que utiliza el ADN para almacenar información genética, fue precedida por formas de vida que utilizaron el ARN de manera muy amplia. Y el ARN puede haber tenido un precursor, proto-ARN, con nucleótidos diferentes pero similaresla "N" en ARN.
"La Tierra primitiva era un laboratorio desordenado donde probablemente se produjeron muchas moléculas como las necesarias para la vida. Algunas sobrevivieron y prosperaron, mientras que otras finalmente desaparecieron", dijo Hud. "Eso también se aplica a los antepasados del ARN".
Utilizando dos moléculas conocidas como ácido barbitúrico y melamina, los investigadores formaron proto-nucleótidos que se asemejan tanto a dos de los nucleótidos de ARN que es tentador especular que en realidad son sus antepasados.
Hud dijo que los dos ingredientes habrían sido fácilmente abundantes para las reacciones en una Tierra prebiótica. "Y habrían sido muy adecuados para la codificación de información primitiva", agregó.
Debido a las semejanzas y propiedades, algunos científicos ya han especulado sobre un papel ancestral para la melamina y el ácido barbitúrico.
Pero los científicos de CCE tienen cuidado de no llegar a esa conclusión todavía.
"Para reclamar ascendencia, tendríamos que mostrar un mecanismo por el cual estos nucleótidos que fabricamos en el laboratorio podrían convertirse en los nucleótidos existentes en el ARN", dijo Ram Krishnamurthy, colaborador de Hud del Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California."Es un camino complejo que al menos tendríamos que diseñar en papel, y no estamos allí".
No obstante, se ha entusiasmado con los resultados. "Hay innumerables posibilidades de cómo podría haber sucedido ese mecanismo. El ácido barbitúrico y la melamina pueden haber sido marcadores de posición que se retiraron y permitieron que la adenina y el uracilo se unieran con la ribosa".
Averiguando cómo la adenina y el uracilo nucleobases encontradas en el ARN hoy combinadas con la ribosa de azúcar correspondiente a la "R" en el ARN podrían responder una de las grandes preguntas de la evolución química
La formación de nucleótidos a partir de posibles proto-nucleobases y ribosa marca un avance significativo en la investigación sobre el origen de la vida.
Nucleobases se han combinado con otros azúcares en estudios anteriores, pero la eficacia de las reacciones descubiertas en este estudio es mucho mayor que las de ese pasado.
"Nos estamos acercando a las moléculas que se parecen a la vida en las primeras etapas", dijo Krishnamurthy.
Una serie de sorpresas añadidas al significado científico de las reacciones.
Primero, ocurrieron rápidamente y los nucleótidos resultantes se emparejaron espontáneamente entre sí en agua, formando enlaces de hidrógeno como los pares de bases Watson-Crick que crean el patrón de "peldaño en escalera" dentro de las hélices de ARN y ADN.
Luego, los monómeros formaron ensamblajes supramoleculares largos que parecen hebras de ARN cuando se observan con un microscopio de alta resolución.
Hasta ahora no se ha informado ninguna reacción química que haya producido componentes existentes de ARN en circunstancias comunes que espontáneamente forman pares Crick-Watson en el agua.
Y hasta ahora, tampoco había habido informes de un par similar de nucleótidos, como los producidos con ácido barbitúrico y melamina, que se comportan de la misma manera, haciendo que esto sea otro primero.
"Funciona aún mejor de lo que pensábamos", dijo Hud. "Es casi demasiado fácil"
Hubo una pequeña advertencia.
"La reacción no funciona tan bien si el ácido barbitúrico y la melamina están presentes en la misma solución antes de reaccionar con ribosa porque su fuerte atracción mutua puede causar que precipiten", dijo Hud. Entonces, los científicos completaron la reacción que involucrabaácido barbitúrico por separado del que involucra melamina.
Pero eso no debería haber demostrado ser prohibitivo en la Tierra prebiótica. El ácido barbitúrico y los nucleótidos de melamina podrían haberse formado en ubicaciones separadas, incluso en el mismo estanque. Y podrían haber sido muy abundantes.
"Estas reacciones son excepcionalmente productivas, especialmente si las compara con reacciones análogas con componentes de ARN existentes, que no producen nucleótidos en las mismas condiciones", dijo Hud.
Si la melamina y el ácido barbitúrico formaran sus respectivos nucleótidos C-BMP para el ácido barbitúrico y MMP para la melamina en charcos separados en la Tierra primitiva, entonces la lluvia podría haber lavado fácilmente los componentes, donde se habrían reunido rápidamente en lo que podríahan sido precursores del proto-ARN
"La pregunta es: ¿pueden estos autoensamblajes hacer la transición a lo que constituye la vida hoy en día", dijo Krishnamurthy.
Los investigadores esperan que su trabajo ayude a expandir el enfoque de la comunidad científica sobre la evolución química.
"Si quieres ver lo que provocó estas propiedades de la vida, debes volver atrás y considerar todas las otras moléculas que habrían estado presentes y ver cómo habrían facilitado las moléculas que están presentes en la vida hoy", Krishnamurthydijo.
Su trabajo también podría servir como base para importantes aplicaciones prácticas, como la creación de polímeros similares al ADN o al ARN que podrían generar la producción de materiales avanzados y agentes terapéuticos.
Las reacciones químicas que producen el ácido barbitúrico y los nucleótidos de melamina no requieren el uso de enzimas y parámetros extremos como el calor y la presión elevados. Con reminiscencias de la química del clic, podrían contribuir a una producción industrial segura, rentable y abundante.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :