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El vidrio basáltico habría catalizado la formación de largas cadenas de ARN a partir de los bloques moleculares constituyentes.

La historia de la vida en la Tierra se puede explicar bastante bien a través del registro fósil y la teoría evolutiva. Sin embargo, la abiogénesis, o la aparición de la vida en la Tierra, es algo sobre lo que se sabe muy poco. Entre otras cosas porque no ha quedado fósil químico sobre ese evento. Además, se necesita algo sobre lo que arranque la selección natural para así crear más complejidad.

La vida tal y como la conocemos es muy compleja y el salto de los inanimado a lo animado es tan enorme que todavía no hemos sido capaces de reproducir la síntesis espontánea de la vida en nuestros laboratorios, precisamente debido a la complejidad de su bioquímica.

Además, desde el punto de vista de la filosofía de la ciencia, es un gran problema, porque, aunque fuéramos capaces de reproducir en el laboratorio la síntesis espontánea de la vida, nada nos dice que, efectivamente, ese evento ocurriera de ese modo. Pues que algo sea plausible no significa que se diera necesariamente en la realidad.

Se sabe, eso sí, que la aparición de la vida se dio muy rápidamente. Los fósiles sugieren que los microorganismos ya estaban presentes hace 3700 millones de años, solo unos pocos de cientos de millones de años después de la formación planeta cuando se hubo enfriado lo suficiente como para soportar la bioquímica compleja.

Pero estamos muy lejos de tal síntesis espontánea. De hecho, desde hace décadas lo único que los científicos han logrado es la síntesis de los bloques moleculares de la vida, algo que parece fácil. Incluso se han encontrado estas moléculas en meteoritos y en nubes interestelares. Pasar de esas moléculas a la vida tal y como la conocemos hay un abismo gigantesco, una separación mucho mayor de la que hay entre una bacteria y un elefante.

Sin embrago hay un pasito que hasta ahora no se había realizado y que ahora se acaba de dar: la formación de cadenas de ARN a partir de sus bloques constituyentes. Esto es importante porque se especula que la vida en la Tierra comenzó estando basada en el ARN y no en el ADN.

El ácido ribonucleico es el favorito de los científicos del campo porque puede portar información genética al igual que el ADN, pero, como las proteínas, el ARN también puede catalizar las reacciones químicas necesarias para la vida. Hasta el momento, nadie había encontrado un conjunto de condiciones prebióticas plausibles que provocaran que cientos de ‘letras’ de ARN se unieran para formar hebras.

Ahora, científicos de la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada sostienen que el ARN se forma espontáneamente en el vidrio de lava basáltica. Este tipo de vidrio abundaba en la Tierra hace 4350 millones de años. Además, para los martiófilos, esto puede ser interesante porque basaltos similares de esa antigüedad sobreviven hoy en Marte. Por tanto, se pudo producir esta síntesis de cadenas de ARN tanto en la Tierra como en Marte en aquella época.

El estudio de esta fundación adopta un enfoque simple para estudiar el fenómeno. Dirigido por Elisa Biondi, el estudio muestra que las moléculas largas de ARN, de 100 a 200 nucleótidos de longitud, se forman cuando los nucleósidos trifosfatos simplemente se infiltran a través del polvo de vidrio basáltico.

Stephen Mojzsis (Centro de Investigación de Astronomía y Ciencias de la Tierra de la Academia de Ciencias Húngaras) se preguntó si los vídrios basálticos pudieron favorecer la síntesis de ARN. Al fin y al cabo, estos materiales son ricos en metales como el magnesio y el hierro y facilitan muchas reacciones químicas. Así que tampoco era descabellado pensarlo, sobre todo porque en esa época estaba por todas partes.

Envió muestras de cinco vidrios basálticos diferentes para que se hieran los experimentos. Allí, Elisa Biondi redujo cada muestra a un polvo fino, las esterilizó y las mezcló con una disolución de trifosfatos de nucleósidos.

Sin este polvo mineral los bloques de ARN no se unieron para formar cadenas. Pero cuando este estaba presente, las moléculas se unieron para formar hebras de unos cientos de bases de largo en solo unos días. No se necesitaba ni calor ni luz, solo esperar al resultado. Estas hebras se formaban a partir del primer día, pero siguieron creciendo durante meses.

El vidrio basáltico estaba en todas partes al comienzo de la formación de la Tierra. Durante varios cientos de millones de años después de la formación de la Luna se siguió formando lava basáltica fundida (la fuente del vidrio basáltico) porque se daban circunstancias que lo favorecían, como los impactos meteoríticos frecuentes o el vulcanismo de un planeta que era todavía muy joven. Los impactos también evaporaron el agua para formar tierra seca y proporcionaron agua en donde podría haberse formado ARN.

Los mismos impactos también generaron níquel, que este equipo de investigadores demostró que proporciona trifosfatos de nucleósidos a partir de nucleósidos y fosfato activado, que también se encuentran en el vidrio de lava. El borato, también presente en el basalto, controla además la formación de esos trifosfatos. Estos impactos también redujeron transitoriamente la atmósfera con sus núcleos metálicos de hierro y níquel. Las bases de ARN se formaría en tales atmósferas. Esto resolvería uno de los enigmas de la aparición de la vida que es cómo en primer lugar podrían haber surgido los trifosfatos de nucleósidos.

Así que este equipo ya había demostrado previamente que los nucleósidos se forman mediante una simple reacción entre la ribosa fosfato y las bases de ARN. Ahora que se forman las hebras de ARN mediante la adición de vidrio basáltico y que el proceso es bastante simple, pues basta con mezclar los ingredientes y esperar.

Las mismas rocas resuelven la paradoja de obtener ARN a partir de moléculas orgánicas simples. Así, por ejemplo, el borato gestiona la formación de ribosa, la R en el ARN. Este camino comienza a partir de carbohidratos simples que no podrían haberse formado en la atmósfera de la Tierra primitiva. Estos fueron estabilizados por dióxido de azufre volcánico y luego llovieron sobre la superficie para crear depósitos de minerales orgánicos.

Este trabajo completa el camino que sintetiza ARN a partir de pequeñas moléculas orgánicas que casi seguramente estaban presentes en la Tierra primitiva. Un solo modelo geológico pasa de una o dos moléculas de carbono a moléculas de ARN lo suficientemente largas como para permitir algún atisbo de evolución darwiniana.

Obviamente, todavía no sabemos cómo todos los componentes básicos del ARN llegaron a tener la misma forma general, una relación conocida como homoquiralidad. Pues muchas moléculas orgánicas que se presentan en dos formas, una la reflexión especular de la otra. Asimismo, los enlaces entre los nucleótidos pueden ser variables en el material sintetizado sobre vidrio basáltico y todavía se desconoce la importancia de esto.

Marte es relevante en todo este asunto porque no ha sufrido la deriva continental y la tectónica de placas que enterraron la mayoría de las rocas de la Tierra de más de 4 mil millones de años. Por lo tanto, las rocas de ese momento relevante permanecen todavía en la superficie de Marte y pueden ser analizadas gracias a las misiones recientes que han llegado allí. Así se han encontrado todas las rocas necesarias para la síntesis de ARN, incluido el borato.

Hay investigadores que mantiene que si la vida surgió en la Tierra a través de este camino simple, entonces probablemente también surgió en Marte y que esto hace que sea importante buscar vida en Marte.

El resultado ha dividido a los principales investigadores del origen de vida. Mientras que unos se muestran eufóricos, otros expresan sus dudas. Como Jack Szostak, un experto en ARN en la Universidad de Harvard, que dice que no creerá el resultado hasta que el equipo de investigación caracterice mejor los hilos de ARN obtenidos.

Un problema es la de formar largos hilos de ARN. En las células modernas, las enzimas aseguran que la mayoría de los ARN crezcan en cadenas lineales largas. Pero los «ladrillos» de ARN también pueden unirse en patrones de ramificación complejos. Este ARN ramificado no favorecería la aparición de vida a no ser que se encuentre algún mecanismo que lo evite o lo elimine.

Los investigadores implicados admiten que el experimento de su equipo es casi seguro que produce una pequeña cantidad de ramificación de ARN. Algo que no saben seguro al no haber caracterizado en profundidad las moléculas resultantes. Eso sí, dicen haber realizado pruebas que confirmarían la presencia de hilos largos que posiblemente sean lineales. Añaden que existen algunos ARN ramificados en los organismos de hoy en día y que estas estructuras podrían estar relacionadas con la aparición de la vida por primera vez.

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Fuentes y referencias:
Artículo original 1.
Artículo original 2.
Artículo original 3.
Ilustración: Peter Sawyer, Smithsonian Institution.