El descubrimiento respalda la idea de que muchos de los componentes clave de la vida pueden formarse simultáneamente y combinarse para formar células vivas.
“¿Por qué tenemos vida? ¿Las leyes de la química significan cómo se ve la vida aquí?», dijo Matthew Powner, autor principal del artículo de investigación. Estas son «las preguntas más sorprendentes que podemos responder».
Aunque los organismos difieren enormemente en apariencia, están hechos de los mismos componentes químicos básicos llamados metabolitos primarios, que están directamente involucrados en el crecimiento y desarrollo celular. Los ejemplos incluyen proteínas que forman el ARN y el ADN, y aminoácidos que ayudan a formar nucleótidos.
Un nuevo experimento de laboratorio se centró en las fuentes de otro metabolito primario: la coenzima A, que está en el corazón del metabolismo en todos los ámbitos de la vida (una de sus muchas funciones). Por ejemplo, el compuesto desempeña un papel importante en la liberación de energía a partir de carbohidratos, grasas y proteínas en organismos que requieren oxígeno, pero también realiza funciones metabólicas en estilos de vida que no requieren oxígeno, como muchas bacterias.
Específicamente, Pawner y su equipo buscaron recrear un fragmento específico de la molécula de coenzima A llamado ponteteno. La panteteína es un componente funcional de la coenzima A, que a menudo se transloca y permite que se produzcan otras reacciones químicas en nuestro cuerpo. Este órgano se llama cofactor y actúa como un interruptor de «encendido»; sin él, la coenzima es inútil.
«Todos nuestros procesos metabólicos dependen de un pequeño subconjunto de estos cofactores», dijo Aaron Goldman, biólogo del Oberlin College que no participó en el estudio. «Esto ha llevado a los investigadores a argumentar que estos cofactores en sí mismos pueden haber precedido a enzimas más grandes y complejas durante el origen y la evolución temprana de la vida».
Algunos investigadores, dice Goldman, han propuesto que las primeras formas de vida podrían haber usado pantetina para almacenar energía antes de la evolución de la moneda energética más grande y compleja que las células usan hoy.
En este caso, el misterio persiste: ¿de dónde vino la pantetina?
«No podemos retroceder en el tiempo. No podemos regresar al origen de la vida. No podemos encontrar patrones en ese período de tiempo», dijo Powner, profesor del University College de Londres. «Nuestra única capacidad para realmente Llegar al fondo de ese problema es reconstruirlo, empezar desde cero, rediseñar la célula, comprender lo que se necesita para construir un organismo».
Construir pantetina era una tarea difícil. Por un lado, la molécula es «peculiar» según los estándares de la bioquímica, dijo. Se parece mucho a la estructura de los péptidos (cadenas de aminoácidos) utilizados para formar proteínas, pero tiene muchas propiedades idiosincrásicas (elementos inusuales en lugares extraños) que le dan una estructura más compleja.
Los científicos han propuesto previamente que el compuesto es un patito extraño que es demasiado complicado de fabricar a partir de moléculas básicas. Otros han intentado crear panteteína y han fracasado, asumiendo que no estaba en el origen de la vida. Muchos científicos pensaron que la biología podría haber creado una versión simple, que evolucionó con el tiempo hasta volverse más compleja: construir una cabaña y luego convertirla en una mansión.
Sin embargo, el equipo fue llevado al laboratorio. Se centraron principalmente en el uso de materiales que abundaban en la Tierra primitiva, como el cianuro de hidrógeno y el agua. Las primeras etapas de la reacción duraron aproximadamente un día cada una, pero la etapa final duró 60 días, la reacción más larga que jamás haya realizado el laboratorio de Power. El equipo finalmente cerró la respuesta «en parte porque estábamos hartos», dijo. Pero el resultado fue mucha pantetina.
El equipo atribuyó su éxito al uso de compuestos a base de nitrógeno llamados nitrilos, en comparación con estudios fallidos de otros. Estos compuestos proporcionaron la energía tan necesaria para impulsar las reacciones. Sin nitrilos, es como tener una cortadora de césped pero sin gasolina para hacerla funcionar.
«Creo que es muy sorprendente que nadie haya probado esto. Si los mezclas todos, todos reaccionan entre sí», dijo Jasper Fairchild, Ph.D. Un candidato del University College de Londres dirigió el experimento. «Crees que te confundes, pero no es así. Simplemente obtienes pantetina. Y para mí, es muy hermoso.
En la Tierra primitiva, la reacción pudo haber tenido lugar en pequeños estanques o lagos de agua, dijeron los autores. Sin embargo, los grandes océanos probablemente diluyan la concentración de sustancias químicas.
«Este es otro hermoso ejemplo de cómo se forman las moléculas de la vida, las más complejas como las coenzimas», dijo Joseph Moran, un químico que no participó en el estudio.
Una receta sencilla para una molécula de aspecto tan complejo podría reimaginar cómo empezó la vida en la Tierra. Históricamente, los científicos propusieron que las biomoléculas aparecían en etapas, como el mundo primitivo del ARN, que luego dio lugar a proteínas y otras sustancias químicas.
Pero el nuevo descubrimiento muestra que muchos de los componentes básicos de la vida pueden crearse simultáneamente mediante la producción de proteínas, ARN y otros componentes a partir de las mismas condiciones y sustancias químicas básicas. De hecho, los estudios anteriores del equipo utilizaron condiciones y reacciones similares para crear nucleótidos (que ayudan a formar ADN) y péptidos (que ayudan a formar proteínas). Estos bloques de construcción podrían haberse unido, reaccionado entre sí y eventualmente conducir al surgimiento de la vida.
Una mejor comprensión de cómo se forman y fusionan estos componentes podría ayudar a los científicos algún día a crear vida a partir de materiales sólidos en el laboratorio o en otro planeta.
«Estamos muy lejos de poder fabricar una célula (desde cero)», dijo Powerner. «Puede que eso no suceda durante mi vida, pero estamos en camino de comprender cómo funcionan juntas estas moléculas».
Este artículo es parte de Planeta escondidoUna columna que explora la ciencia asombrosa, inesperada y poco convencional de nuestro planeta y más allá.