Los científicos pueden comprender mejor la evolución temprana de la vida al revelar cómo se desarrollaron las protocélulas. La imagen muestra Vesículas en una estructura parecida a la de una protocélula. Crédito de la imagen: Scripps Research
Los científicos de Scripps Research ahora han descubierto una forma convincente de cómo se formaron las protocélulas por primera vez y avanzaron químicamente para permitir una variedad de funciones.
La Tierra estaba creando condiciones adecuadas para la vida hace aproximadamente 4 mil millones de años. Los científicos que investigan el origen de la vida con frecuencia se preguntan si el tipo de química que existía en la Tierra primitiva era similar al que se necesita en la actualidad. Saben que las células precursoras durante este surgimiento de la vida fueron conjuntos esféricos de grasas llamados protocélulas. Sin embargo, ¿cómo se desarrollaron y se diversificaron las protocélulas básicas para que eventualmente se desarrollara la vida en la Tierra?
Los científicos de Scripps Research ahora han descubierto una forma convincente de cómo se formaron las protocélulas por primera vez y avanzaron químicamente para permitir una variedad de funciones.
Los resultados, que se publicaron el 29 de febrero de 2024 en la revista Chem, sugieren que la fosforilación, un proceso químico en el que se agregan grupos fosfato a la molécula, puede haber ocurrido antes de lo previsto. Esto resultaría en protocélulas de doble cadena más estructuralmente complejas, capaces de albergar reacciones químicas y dividirse con una variedad de funciones. Los científicos pueden entender mejor la evolución temprana al descubrir cómo se formaron las protocélulas.
Todos alguna vez nos preguntamos de dónde venimos. Según Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., coautor principal del estudio y profesor del Departamento de Química de Scripps Research, comenta: «Ahora hemos descubierto una forma plausible de que los fosfatos podrían haberse incorporado a estructuras similares a las células antes de lo que se pensaba, lo que sienta las bases de la vida».
«Este descubrimiento nos ayuda a comprender mejor los entornos químicos de la Tierra primitiva para que podamos descubrir el origen de la vida y cómo la vida puede evolucionar en la Tierra primitiva».
Krishnamurthy y su equipo investigan cómo ocurrieron los procesos químicos que produjeron las formaciones y sustancias químicas simples que existían en la Tierra prebiótica antes del surgimiento de la vida. Krishnamurthy es codirector de un proyecto de la NASA que investiga cómo surgió la vida en estos primeros entornos.
Krishnamurthy y su equipo trabajaron con Ashok Deniz, un biofísico de materia blanda del laboratorio de Scripps Research, quien tiene una Ph.D. (coautor del presente estudio) y profesor en el Departamento de Biología Computacional y Estructural Integrativa. Experimentaron si los fosfatos podrían haber estado involucrados en la formación de las protocélulas. Krishnamurthy pensó que los fosfatos podrían haber estado presentes antes de lo que se creía anteriormente porque están presentes en casi todas las reacciones químicas del cuerpo.
Los científicos creían que las protocélulas se formaban a partir de ácidos grasos, pero no sabían cómo pasaron de una cadena simple a una cadena doble de fosfatos, lo que las hace más estables y capaces de albergar reacciones químicas.
Los científicos intentaron replicar entornos prebióticos plausibles, que existían antes del surgimiento de la vida. Primero, descubrieron tres mezclas posibles de sustancias químicas que podrían crear vesículas, estructuras esféricas de lípidos que son similares a las protocélulas.
Los ácidos grasos y el glicerol fueron productos químicos utilizados. El glicerol es un subproducto común de la producción de jabón que pudo haber existido en la antigua Tierra. Luego agregaron químicos adicionales para crear nuevas mezclas observando las reacciones de estas mezclas. Durante la noche, estas soluciones se enfriaron y calentaron con algo de agitación para fomentar reacciones químicas.
Luego usaron tintes fluorescentes para inspeccionar las mezclas y determinar si había o no formado vesículas. En algunos casos, los investigadores también cambiaron el pH y las proporciones de los componentes para comprender mejor cómo estos factores afectaban la formación de vesículas. Además, investigaron cómo la temperatura y los iones metálicos afectaban la estabilidad de las vesículas (Una pequeña bolsa cuya membrana está llena de líquido. Las sustancias se mueven dentro o fuera de las células a través de las vesículas dentro de las células).
Sunil Pulletikurti, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Krishnamurthy, declaró: «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».
Resulta que la fosforilación de los ácidos grasos y el glicerol puede haber contribuido a la formación de esa estructura de doble cadena más estable. Los ésteres de ácidos grasos derivados del glicerol pueden haber creado vesículas con diferentes tolerancias a los iones metálicos, las temperaturas y el pH, lo que es un paso importante hacia la diversificación evolutiva.
Deniz afirma que han encontrado una posible fuente de origen de los fosfolípidos durante este proceso evolutivo químico. Es fascinante comprender cómo las primeras químicas pueden haber iniciado la transición que permitió la vida en la Tierra. Además, nuestros resultados indican una riqueza de física fascinante que puede haber tenido un papel fundamental en la creación de células modernas.
Para comprender mejor los procesos dinámicos de las protocélulas, los científicos investigarán por qué algunas vesículas se fusionaron mientras que otras se dividieron.
REFERENCIAS
Experimentally Modeling the Emergence of Prebiotically Plausible Phospholipid Vesicles. Chem: https://www.cell.com/chem/abstract/S2451-9294(24)00069-X
