Los químicos que estudian cómo comenzó la vida a menudo se enfocan en cómo contribuyeron los biopolímeros modernos como péptidos y ácidos nucleicos, pero los biopolímeros modernos no se forman fácilmente sin la ayuda de organismos vivos. Una posible solución a esta paradoja es que la vida comenzó usando diferentes componentes, y muchosLos productos químicos no biológicos probablemente abundaban en el medio ambiente. Una nueva encuesta realizada por un equipo internacional de químicos del Earth-Life Science Institute ELSI en el Instituto de Tecnología de Tokio y otros institutos de Malasia, la República Checa, los Estados Unidos y la India, ha descubierto que un conjunto diverso de tales compuestos forman polímeros fácilmente en condiciones ambientales primitivas, y algunos incluso forman espontáneamente estructuras similares a células.
Comprender cómo comenzó la vida en la Tierra es una de las preguntas más desafiantes que la ciencia moderna intenta explicar. Los científicos actualmente estudian los organismos modernos e intentan ver qué aspectos de su bioquímica son universales y, por lo tanto, probablemente estaban presentes en los organismos de los que descienden.. La mejor suposición es que la vida ha prosperado en la Tierra durante al menos 3.500 millones de los 4.500 millones de años de historia de la Tierra desde que se formó el planeta, y la mayoría de los científicos dirían que la vida probablemente comenzó antes de que haya una buena evidencia de su existencia. Es un problema, dado que la superficie de la Tierra esdinámico, los primeros rastros de vida en la Tierra no se han conservado en el registro geológico. Sin embargo, la evidencia más temprana de vida en la Tierra nos dice poco sobre de qué estaban hechos los primeros organismos, o qué sucedía dentro de sus células ".claramente queda mucho por aprender de la química prebiótica sobre cómo pudo haber surgido la vida ", dice el coautor del estudio, Jim Cleaves.
Un sello distintivo de la vida es la evolución, y los mecanismos de la evolución sugieren que los rasgos comunes pueden ser repentinamente desplazados por mutaciones raras y novedosas que permiten que los organismos mutantes sobrevivan mejor y proliferen, reemplazando a menudo organismos previamente comunes muy rápidamente. Paleontológico, ecológico y de laboratorioLa evidencia sugiere que esto ocurre común y rápidamente. Un ejemplo es un organismo invasor como el diente de león, que se introdujo en las Américas desde Europa y ahora es una maleza de marihuana que hace que los propietarios preocupados por el césped dediquen incontables horas de esfuerzo y dólares para erradicarlo. OtroUn ejemplo caprichoso es el COVID-19, un virus técnicamente no vivo, pero técnicamente un organismo que probablemente estuvo confinado a una pequeña población de murciélagos durante años, pero que de repente se propagó entre los humanos de todo el mundo. Organismos que se reproducen más rápido que sus competidores, inclusosólo un poco más rápido, enviar rápidamente a sus competidores a lo que León Trotsky denominó el "montón de cenizas de la historia".más que alguna vez han existido están extintas, el coautor Tony Z. Jia sugiere que "para entender cómo surgió la biología moderna, es importante estudiar químicas o estructuras no biológicas plausibles que no están presentes actualmente en la biología moderna y que potencialmente se extinguieron a medida que la vida se complejizaba. "
Esta idea de reemplazo evolutivo se lleva al extremo cuando los científicos intentan comprender los orígenes de la vida. Todos los organismos modernos tienen algunos puntos en común fundamentales: toda la vida es celular, la vida usa el ADN como una molécula de almacenamiento de información y usa el ADN para fabricarARN ribonucleico como una forma intermedia de producir proteínas. Las proteínas realizan la mayor parte de la catálisis en la bioquímica moderna, y se crean utilizando un "código" casi universal para producirlas a partir de ARN. La forma en que se creó este código es enigmática en sí misma, peroEstas profundas preguntas apuntan a que posiblemente haya sido un período muy turbio en la evolución biológica temprana hace ~ 4 mil millones de años durante el cual casi ninguna de las características moleculares observadas en la bioquímica moderna estaban presentes, y pocas, si alguna de las que estaban presentes, han sido llevadas.adelante.
Las proteínas son polímeros lineales de aminoácidos. Estas cadenas flexibles de aminoácidos polimerizados se pliegan en formas tridimensionales únicas, formando catalizadores extremadamente eficientes que fomentan reacciones químicas precisas. En principio, muchos tipos de moléculas polimerizadas podrían formar cadenas similares y doblarse paraforman formas catalíticas similares, y los químicos sintéticos ya han descubierto muchos ejemplos. "El objetivo de este tipo de estudio es encontrar polímeros funcionales en sistemas prebióticos plausibles sin la ayuda de biología, incluidos los estudiantes de posgrado", dice la coautora Irena Mamajanov.
Los científicos han encontrado muchas formas de producir compuestos orgánicos biológicos sin la intervención de la biología, y estos mecanismos ayudan a explicar la presencia de estos compuestos en muestras como los meteoritos carbonosos, que son reliquias del sistema solar primitivo, y que los científicos nunca creenEstas muestras de meteoritos primordiales también contienen muchos otros tipos de moléculas que podrían haber formado polímeros plegados complejos como proteínas, que podrían haber ayudado a dirigir la química primitiva. Las proteínas, en virtud de su plegamiento y catálisis, median gran parte de la evolución bioquímica compleja observada ensistemas vivos. El equipo de ELSI razonó que los polímeros alternativos podrían haber ayudado a que esto ocurriera antes de que evolucionara la codificación entre el ADN y la proteína. "Quizás no podamos aplicar ingeniería inversa al origen de la vida; puede ser más productivo intentar construirla desde cero yno necesariamente utilizando biomoléculas modernas. Había grandes depósitos de sustancias químicas no biológicas que existían en el primeval Tierra.Cómo ayudaron en la formación de la vida tal como la conocemos es lo que nos interesa ", dice el coautor Kuhan Chandru.
El equipo de ELSI hizo algo simple pero profundo: tomaron un gran conjunto de pequeñas moléculas orgánicas estructuralmente diversas que podrían formarse de manera plausible mediante procesos prebióticos y trataron de ver si podían formar polímeros cuando se evaporaban de una solución diluida. Para su sorpresa,encontraron que muchos de los compuestos primitivos podrían, aunque también encontraron que algunos de ellos se descomponían rápidamente. Este simple criterio, si un compuesto puede secarse sin descomponerse, puede haber sido una de las primeras presiones de selección evolutiva para las moléculas primordiales.
El equipo llevó a cabo una prueba más simple. Tomaron estas reacciones secas, agregaron agua y las observaron bajo un microscopio. Para su sorpresa, algunos de los productos de estas reacciones formaron compartimentos del tamaño de una celda. Esos materiales de partida simples que contienen de 10 a20 átomos se pueden convertir en agregados similares a células autoorganizados que contienen millones de átomos, lo que proporciona una visión sorprendente de cómo la química simple puede haber llevado a una química compleja que bordea el tipo de complejidad asociada con los sistemas vivos, sin utilizar bioquímicos modernos.
"No probamos todos los compuestos posibles, pero probamos muchos compuestos posibles. La diversidad de comportamientos químicos que encontramos fue sorprendente y sugiere que este tipo de comportamiento de moléculas pequeñas a agregados funcionales es una característica común de los compuestos orgánicosquímica, que puede hacer que el origen de la vida sea un fenómeno más común de lo que se pensaba ", concluye el coautor Niraja Bapat.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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