Esbozan una nueva estrategia para comprender el origen de la vida

Una nueva estrategia para responder a la pregunta de cómo fueron las primera formas de vida estudia la evolución más temprana de las cadenas de transporte de electrones.

Se trata de un tipo de sistema metabólico utilizado por organismos de todo el árbol de la vida, desde las bacterias hasta los seres humanos, para producir formas utilizables de energía química.

A pesar de décadas de progreso, el origen de la vida sigue siendo uno de los grandes problemas sin resolver de la ciencia.

"Las características más básicas de la biología, que los organismos están formados por células, que transmiten información genética a través del ADN, que utilizan enzimas proteicas para dirigir su metabolismo, surgieron a través de procesos específicos en una historia evolutiva muy temprana", afirma Aaron Goldman, profesor asociado de Biología en el Oberlin College.

"Comprender cómo tomaron forma por primera vez estos sistemas biológicos más básicos no sólo nos dará una mayor comprensión de cómo funciona la vida en el nivel más fundamental, sino qué es realmente la vida en primer lugar y cómo podríamos buscarla más allá de la Tierra", resalta este investigador, autor de un nuevo artículo de perspectiva sobre esta nueva estrategia publicado en la revista 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.

La cuestión de cómo surgió la vida se estudia normalmente mediante experimentos de laboratorio que simulan los primeros entornos de la Tierra y buscan procesos químicos que puedan crear los mismos tipos de biomoléculas y reacciones metabólicas que vemos en los organismos actuales.

Este enfoque se conoce como "ascendente", ya que trabaja con materiales que habrían estado presentes en la Tierra prebiótica. Aunque estos experimentos de "química prebiótica" han demostrado con éxito cómo podría haberse originado la vida, no pueden decirnos cómo se originó realmente.

Mientras tanto, otras investigaciones utilizan técnicas de la biología evolutiva para reconstruir el aspecto que podrían haber tenido las primeras formas de vida basándose en datos de la vida actual. Es lo que se conoce como enfoque "descendente", que nos puede informar sobre la historia de la vida en la Tierra.

Sin embargo, la investigación descendente sólo puede remontarse hasta los genes que aún se conservan en los organismos actuales y, por tanto, no puede llegar hasta el origen de la vida. A pesar de sus limitaciones, la investigación descendente y ascendente persiguen el objetivo común de descubrir los orígenes de la vida, y lo ideal sería que sus respuestas convergieran en un conjunto común de condiciones.

El nuevo artículo publicado por Goldman, Laurie Barge, investigadora Científica en Astrobiología del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, y sus colegas, intenta salvar esta brecha metodológica.

Así, los autores sostienen que la combinación de investigaciones de laboratorio ascendentes sobre posibles vías hacia el origen de la vida con reconstrucciones evolutivas descendentes de las primeras formas de vida puede servir para descubrir cómo se originó realmente la vida en la Tierra primitiva.

En su artículo, describen un fenómeno fundamental para la vida actual que podría estudiarse combinando la investigación ascendente y descendente: las cadenas de transporte de electrones.

Los distintos tipos de cadenas transportadoras de electrones están especializados en cada forma de vida y en el metabolismo energético que utilizan: por ejemplo, nuestras mitocondrias contienen una cadena transportadora de electrones vinculada a nuestro metabolismo energético heterótrofo (que consume alimentos); mientras que las plantas tienen una cadena transportadora de electrones totalmente distinta vinculada a la fotosíntesis (la generación de energía a partir de la luz solar).

Y en el mundo microbiano, los organismos utilizan una amplia gama de cadenas de transporte de electrones vinculadas a una variedad de metabolismos energéticos diferentes.

Pero, a pesar de estas diferencias, los autores describen las pruebas de la investigación descendente de que este tipo de estrategia metabólica fue utilizada por las primeras formas de vida y presentan varios modelos de cadenas de transporte de electrones ancestrales que podrían remontarse a una historia evolutiva muy temprana.

También analizan las pruebas ascendentes actuales que sugieren que, incluso antes de la aparición de la vida tal y como la conocemos, los minerales y el agua de los primeros océanos de la Tierra podrían haber facilitado una química similar a la de las cadenas de transporte de electrones.

Inspirándose en estas observaciones, los autores esbozan futuras estrategias de investigación que sinteticen la investigación descendente y ascendente sobre la historia más temprana de las cadenas de transporte de electrones con el fin de comprender mejor el antiguo metabolismo energético y el origen de la vida en general.

Este estudio es la culminación de cinco años de trabajo previo de este equipo interdisciplinar multiinstitucional dirigido por Barge en el JPL, que fue financiado por el Laboratorio de Ideas para los Orígenes de la Vida de la NASA-NSF para estudiar cómo podrían haber surgido las reacciones metabólicas en entornos geológicos de la Tierra primitiva.

Los trabajos anteriores del equipo han investigado, por ejemplo, reacciones específicas de la cadena de transporte de electrones impulsadas por minerales (dirigido por Jessica Weber, investigadora científica del JPL); cómo las enzimas antiguas pueden haber incorporado la química prebiótica en sus sitios activos (dirigido por Goldman); y el metabolismo microbiano en entornos de energía extremadamente limitada (dirigido por Doug LaRowe, en el Laboratorio de Ideas para los Orígenes de la Vida del JPL.