Un equipo de investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder y de la Universidad de Milán ha descubierto una inesperada fase de tipo cristal líquido en moléculas de ADN ultracortas disueltas en agua, proporcionando un nuevo escenario para un paso clave en la aparición de la vida sobre la Tierra.
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Desde los experimentos de Miller y Urey sabemos que se pueden conseguir, de manera sencilla, los ladrillos moleculares elementales de los que todos los seres vivos estamos hechos. También sabemos cómo a partir de una célula procariota sencilla pueden evolucionar todas las formas de vida conocidas gracias a la selección natural. Pero la parte que está entre estas dos fases se resiste a nuestro análisis e inteligencia. Quizás nuestros laboratorios son pequeños y el lapso de una vida humana muy corto si lo comparamos con un planeta al completo haciendo experimentos prebióticos durante millones de años. No obstante hay científicos que investigan cómo podrían haber surgido las primeras moléculas autorreplicantes portadoras de información, paso esencial para que surgiera la vida tal y como la conocemos.
El físico Noel Clark afirma que su equipo encontró sorprendentemente que fragmentos cortos de ADN (molécula portadora de la información genética) pueden ensamblarse en distintas fases de cristal líquido. Al parecer estas moléculas se autoorientan paralelas unas a otras formando columnas en el agua. Cualquier resultado relativo a la autoorganización de estas moléculas puede ayudar al, hasta ahora, escaso conocimiento que tenemos sobre el origen de la vida sobre la Tierra.
Como la formación de cadenas moleculares tan uniformes como las de ADN es imposible bajo una química aleatoria, estos investigadores han estado buscando maneras efectivas de que moléculas simples espontáneamente se autoseleccionen, se ensamblen y se autorrepliquen.
El nuevo estudio muestra que en la mezcla de pequeños fragmentos de ADN, aquellas moléculas capaces de formar cristales líquidos se condensan selectivamente en agregados en los que las condiciones son favorables para que se unan unas a otras formando moléculas más grandes que a su vez refuerza la tendencia a formar cristales líquidos.
Estos investigadores creen que si pequeños fragmentos de ADN pueden espontáneamente autoensamblarse en columnas que contienen muchas moléculas, pudo ocurrir que en el pasado moléculas similares de ADN, ARN o sus precursores, y que aparecieron como fragmentos, fueran capaces de condensarse en cristales líquidos y que selectivamente dieran lugar a moléculas más grandes y complejas capaces de portar información compleja.
Los cristales líquidos se usan en muchas pantallas electrónicas (TFT y similares). En ellas hay una disolución de moléculas con forma alargada que se orientan en la misma dirección dentro de dominios. Esta orientación puede ser cambiada mediante la aplicación de campos eléctricos, y afecta a la luz polarizada que los atraviesa.
Las moléculas de ARN y ADN son largas cadenas de nucleótidos o bases capaces de guardar información genética. Ya se había visto que estas largas cadenas se podían organizar en cristales líquidos de manera espontánea de manera parecida a como un puñado de espaguetis se ordenan en una caja que es agitada.
La idea de este equipo de investigadores era comprobar si este efecto se podía dar para fragmentos muy cortos de ADN. Encontraron que incluso fragmentos de sólo seis bases de longitud se podían organizar en cristales líquidos pese a no tener forma alargada.
El análisis estructural de estas fases de cristales líquidos mostró que éstas se presentan porque los fragmentos se unen unos a otros por sus extremos de forma reversible, formando la estructura alargada necesaria.
Para poder estudiar el fenómeno los investigadores utilizaron difracción de rayos X en microhaz combinado con microscopia óptica. Estos experimentos proporcionaron pruebas directas de la estructura columnar de las fases de cristal líquido.
Cuando mezclaron disoluciones de fragmentos de ADN complementario y no complementario observaron que esencialmente todo el ADN complementario se condensaba en forma de gotas de cristales líquidos, separándose físicamente de los segmentos no complementarios. Esto significa que estas pequeñas moléculas tienen la habilidad de «buscarse unas a otras», emparejarse de manera adecuada para formar conjuntos internamente autoorganizados, y de este modo facilitar el crecimiento de moléculas más grandes.
En esencia los condensados de cristales líquidos seleccionan los componentes moleculares apropiados y con la química adecuada podrían dar lugar, de manera evolutiva, a moléculas mayores seleccionadas para estabilizar la fase de cristal líquido. Según los autores, si esta hipótesis es correcta la forma lineal del polímero de ADN actual sería un vestigio de la formación mediante un orden de cristales líquidos.
Fuentes y referencias:
Nota de prensa en University of Colorado at Boulder. [1]
Artículo original en Science (resumen). [2]