Es, probablemente, el mayor de los misterios a que se enfrenta la Ciencia. ¿Cómo surgió la vida? ¿Cual fue la ‘chispa’ que permitió a la materia pasar de inanimada a animada? Desde hace décadas, los investigadores han encontrado ya varias pistas, aunque ninguna respuesta … definitiva. Los ‘ladrillos de la vida’, moléculas orgánicas de distinta complejidad, están por todas partes en el Universo, desde las lejanas y frías nubes de gas que dan origen a las estrellas a los anillos de materiales que las rodean al nacer y de los que surgen los planetas; desde los cometas y meteoritos que las ‘siembran’ al chocar contra los mundos al interior, incluso, de las estrellas mismas. Parecería que el Universo entero está ‘preparado’ para la vida. Pero con eso no basta. Los científicos, de hecho, siguen devanándose los sesos tratando de entender de qué forma se unieron dos de los ‘ingredientes’ más fundamentales de la biología, el ARN y los aminoácidos, para que la primera vida pudiera surgir.
Ahora, un equipo de químicos del University College de Londres ha conseguido revelar una posible respuesta a este dilema. En un logro que había eludido a la ciencia desde los años 70, estos investigadores han demostrado cómo el ácido ribonucleico (ARN) y los aminoácidos, los ‘ladrillos’ esenciales de las proteínas, pudieron unirse de forma espontánea en las condiciones que se cree que existían en la Tierra primitiva, hace unos 4.000 millones de años. Su estudio, recién publicado en ‘Nature‘ no sólo allana el camino hacia la comprensión del origen de la vida, sino que también une dos de las teorías más importantes al respecto.
La gran paradoja de la vida
Para entender la importancia del descubrimiento, hay que retroceder en el tiempo hasta aquel ‘caldo primigenio’ donde todo comenzó. Hoy, la vida se sostiene sobre una intrincada maquinaria molecular. Los aminoácidos son los ‘bloques de construcción’ que se ensamblan de miles de formas diferentes para formar proteínas, las auténticas ‘obreras’ de la célula, que se encargan de prácticamente todos los procesos biológicos. Pero aquí reside la gran paradoja: las proteínas, por sí solas, no pueden replicarse. Necesitan instrucciones.
Y es justo aquí donde entra el ARN, un ‘primo’ molecular cercano al ADN, que almacena y transmite información genética. El ARN, en su versión mensajera, transporta la secuencia de aminoácidos de un gen desde el ADN hasta la fábrica de proteínas de la célula, una compleja estructura llamada ribosoma. Como en una cadena de montaje de alta precisión, el ribosoma ‘lee’ el ARN y une los aminoácidos uno a uno para crear una proteína con una forma y función específicas. La pregunta, sin embargo, es obvia: si las proteínas necesitan ARN para formarse y el ARN necesita proteínas para replicarse, ¿quién vino primero? Es el famoso dilema del huevo y la gallina llevado a la biología.
Matthew Powner, autor principal del estudio y una de los mayores expertos del mundo en química prebiótica, lo explica con la máxima sencillez: «La vida se basa en la capacidad de sintetizar proteínas; son las moléculas funcionales clave de la vida. Comprender el origen de la síntesis de proteínas es fundamental para entender de dónde vino la vida. Nuestro estudio es un gran paso hacia este objetivo, ya que muestra cómo el ARN podría haber llegado a controlar por primera vez la síntesis de proteínas».
Los dos mundos se unen
Hasta ahora, la comunidad científica ha propuesto diversas hipótesis para resolver esta paradoja, pero dos de ellas destacan por encima de las demás. La primera es la teoría del ‘mundo de ARN’, una idea que ha ganado un terreno considerable desde su formulación. Esta teoría postula que el ARN, y no el ADN, fue la molécula original de la vida. ¿Por qué? Porque el ARN es un verdadero ‘camaleón’ molecular: tiene la capacidad de almacenar información genética, como el ADN, pero también puede actuar como catalizador, como una enzima proteica. Es decir, podría haber sido el ‘paquete completo’ en el amanecer de la vida, capaz de replicarse a sí mismo y de catalizar reacciones biológicas sin necesidad de proteínas. Pero esta teoría también tiene sus debilidades, principalmente la dificultad de explicar cómo se formaron las primeras moléculas de ARN en la Tierra primitiva.
La segunda gran teoría es el ‘mundo de los tioésteres’, una propuesta del premio Nobel Christian de Duve. Esta hipótesis plantea que la vida comenzó con el ‘metabolismo’, es decir, con las reacciones químicas que impulsan los procesos biológicos. En este escenario, los ‘tioésteres’, compuestos químicos de alta energía importantes en muchos procesos bioquímicos de la vida, habrían actuado como la fuente de energía para las primeras formas de vida, mucho antes de que se inventara el ARN o las proteínas.
El gran logro del equipo de Powner, liderado por la investigadora Jyoti Singh, es haber tendido un puente entre ambas teorías. Así, y en lugar de usar los métodos químicos agresivos que habían fracasado en el pasado, que se descomponían en el agua e impedían la unión de los aminoácidos al ARN, los científicos se inspiraron en la biología. Usaron un método más ‘suave’ para convertir los aminoácidos en una forma reactiva, una activación que implicó el uso de un tioéster. Este proceso resulta clave porque es «espontáneo y selectivo» y, lo más importante, pudo haber ocurrido en un entorno acuoso y con un pH neutro, un escenario muy plausible para la Tierra primitiva.
En palabras de Powner, «hemos logrado la primera parte de ese complejo proceso, utilizando una química muy simple en agua a pH neutro para unir los aminoácidos al ARN. La química es espontánea, selectiva y podría haber ocurrido en la Tierra primitiva».
Además, un descubrimiento anterior del mismo equipo constituye un eslabón crucial en esta cadena. El año pasado, en efecto, los autores del presente estudio ya habían demostrado que una molécula que contiene azufre llamada ‘panteteína’, un fragmento de la Coenzima A (una molécula esencial en todas las células vivas), puede ser sintetizada bajo condiciones similares a las de la Tierra primigenia. Dicha panteteína, a su vez, reacciona con los aminoácidos para formar los tioésteres necesarios para la reacción.
La fábrica de la vida
Para visualizar este proceso, Jyoti Singh, coautor del estudio, propone una analogía fascinante: «Imaginen el día en que los químicos puedan tomar moléculas simples, pequeños bloques de construcción de carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre, y a partir de estos ‘ladrillos de Lego’ formen moléculas capaces de autorreplicarse». El nuevo estudio, de alguna manera, ha logrado demostrar cómo dos de esos ‘ladrillos’ primordiales, los aminoácidos y el ARN, pudieron unirse para construir ‘péptidos’, que son cadenas cortas de aminoácidos, esenciales para la vida. Y lo que es aún más importante, esta unión se produce utilizando una molécula que hoy es vital para el metabolismo celular. Lo cual sugiere un vínculo químico directo entre las primeras reacciones metabólicas, el código genético y la construcción de proteínas, uniendo tres de los pilares fundamentales de la vida en una única historia coherente.
El hallazgo, por lo tanto, supone un paso gigantesco hacia la resolución del enigma del origen de la vida, aunque no es el final del camino. El próximo desafío, y según Powner uno de los más emocionantes, será entender cómo las secuencias de ARN pudieron vincularse de forma preferencial a aminoácidos específicos. Este será el siguiente capítulo en la saga: el origen del ‘código genético’, el manual universal de instrucciones que dicta qué aminoácido va en qué posición para construir qué proteína. Según los autores del estudio, este intrincado código, que da forma a toda la vida conocida, debe haber surgido de una forma simple, en los inicios de nuestro planeta.
A diferencia de otras teorías que sitúan el origen de la vida en entornos extremos, como las chimeneas hidrotermales oceánicas, la investigación del University College refuerza la idea de que la vida pudo haber surgido en entornos más templados y superficiales, como pequeñas lagunas o pozas de agua dulce. En estos lugares, en efecto, la concentración de las moléculas precursoras habría sido la adecuada para que las reacciones tuvieran lugar, algo que sería casi imposible en la inmensidad diluida de los océanos primitivos.
Aunque la distancia que nos separa de la creación de una célula viva en el laboratorio sigue siendo inmensa, cada nuevo estudio como el del equipo de Powner nos acerca un poco más a ese ‘momento Eureka’ de la ciencia. El origen de la vida ya no es sólo una pregunta filosófica, sino un problema de química que, pieza a pieza, va revelando sus secretos. El pasado de la vida, una historia de hace miles de millones de años, se está escribiendo de nuevo en los tubos de ensayo de los laboratorios modernos, demostrando que la misma sencillez química que dio origen a la vida en la Tierra, podría haberlo hecho también en cualquier otro rincón del Universo.