Los Primeros Pasos de la Vida

Por Leslie Mullen

Hace miles de millones de años, de alguna manera, los aminoácidos se unieron en moléculas con forma de cadena. Ahora, los científicos han descubierto lo que puede ser un paso clave en este proceso; un paso que ha desconcertado a los investigadores por más de medio siglo.

Basado en un reporte de prensa del Instituto Carnegie de Washington.|


Hace miles de millones de años, de alguna manera, los aminoácidos se unieron en moléculas con forma de cadena. Esta unión fue un paso vital en el desarrollo de las proteínas que se encuentran en todos los sistemas vivos de la actualidad.

Ahora, Robert Hazen y Timothy Filley del Laboratorio Geofísico del Instituto Carnegie de Washington, junto a Glenn Goodfriend de la Universidad George Washington han descubierto lo que puede ser un paso clave en este proceso; un paso que ha desconcertado a los investigadores por más de medio siglo. Su trabajo, patrocinado por el Instituto de Astrobiología de la NASA y el Instituto Carnegie, es reportado en el número de Mayo 1, 2001 de los Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

La estructura molecular de todos los aminoácidos, excepto uno, consiste en una disposición asimétrica de átomos agrupados alrededor del carbono. Esta agrupación significa que existen dos formas especulares de cada aminoácido: estas formas se designan con la letra “L” (”levógiros”) y “D” (“dextrógiros”). Toda la química de los sistemas vivos se distingue por el uso selectivo de estas moléculas L o D, o quirales. La mayoría de los científicos piensa que los primeros organismos auto-replicantes utilizaron L-aminoácidos, y hoy en día todos los sistemas vivos tienen proteínas formadas por L-aminoácidos.

Los procesos no-biológicos no distinguen usualmente entre las variantes L y D. Para que haya ocurrido una transición entre las eras química y biológica, algún proceso natural debe haber concentrado y separado una de otra, a las formas L y D de los aminoácidos. Este paso, llamado la selección quiral, resulta crucial en la formación de cadenas de moléculas puras de L-aminoácidos.
Hazen y sus colaboradores llevaron a cabo un simple experimento. Sumergieron un cristal del tamaño de un puño de un mineral común llamado calcita, que forma parte de la piedra caliza y de las partes duras de muchos animales marinos, en una solución diluida del aminoácido llamado ácido aspártico, y encontraron que las variantes L y D de las moléculas del ácido adsorbían (se pegaban) preferentemente en faces diferentes del cristal de calcita.

“El ácido aspártico tiene un grupo cargado negativamente de átomos llamado “grupo lateral” que se sujeta fuertemente a la calcita, probablemente a los átomos cargados positivamente de calcio en la superficie de la calcita,” dice Hazen. “Esta misma unión resulta crítica para la fortaleza de muchos caparazones, tales como los de las almejas y de los caracoles, que son compuestos complejos de calcita y de proteínas.”

La mayoría de los minerales es céntrica, es decir, sus estructuras no presentas variantes especulares. Sin embargo, algunos muestran pares de superficies cristalinas que tienen relaciones de imágenes de espejo respecto una de otra. La calcita es uno de esos minerales. Es común hoy día, y era prevalente durante la era Arcaica hace aproximadamente cuatro mil millones de años, cuando se cree que la vida sobre la Tierra comenzó. Este estudio sugiere un proceso plausible por el cual los aminoácidos L y D mezclados en una “sopa primordial” muy diluida, pueden haberse diferenciado y concentrado en una superficie mineral fácilmente disponible.

“Puedo imaginar ciclos de humidificación y secado en una charca formada por las mareas,” dice Hazen. “Cada vez que los cristales de calcita son expuestos al océano rico en aminoácidos, adsorben las variantes L y De en forma selectiva. Cada vez que los cristales se secan, los aminoácidos se unen para formar polímeros homoquirales. Eventualmente, uno de estos polímeros será autocatalítico (hará copias de sí mismo). Esta idea es bastante similar a otros escenarios que emplean minerales arcillosos, los que no realizan el truco de la selección quiral.”

Hazen dice que la síntesis orgánica de aminoácidos ha probado ser bastante fácil. El problema, dice, ha sido que la sopa pre-biótica era una mezcla diversa de moléculas L y D. El estudio apunta a un mecanismo que pudo haber seleccionado y organizado ambos tipos de moléculas.

“La calcita, u otro tipo de superficie mineral, parece un buen candidato para los cruciales pasos de seleccionar de moléculas de la compleja sopa pre-biótica, y luego organizarlas en estructuras mayores con forma de cadena, incluyendo proteínas, que son esenciales para el origen de la vida,” dice Hazen.

Este estudio destaca la forma en que la geología pudo haber interactuado con otros elementos terrestres para crear la vida. Pero de acuerdo con Hazen, el estudio también sugiere que la vida pudo haber hecho su aparición en otros mundos que tengan rocas carbonatadas y agua líquida.

“Nuestro estudio intenta ligar pasos cruciales en el origen de la vida, ya sea aquí o en otra parte, con plausibles condiciones planetarias pre-bióticas,” dice Hazen. “Los estudios de la superficie de Marte y de meteoritos marcianos, por ejemplo, proporcionan evidencia tanto de agua como de carbonatos, así como de moléculas orgánicas.”

En la Tierra, las proteínas están constituidas solamente por L-aminoácidos. Pero en otros mundos, las proteínas pueden haberse formado a partir de D-aminoácidos. Esta diferencia aparentemente menor podría haber llevado a únicas e inimaginables formas de vida en algún otro lugar del universo.

“El mecanismo de la calcita que propongo podría haber formado cadenas tanto levógiras como dextrógiras,” dice Hazen. “Estoy sugiriendo, como muchos otros investigadores de este campo, que el éxito final de izquierda sobre derecha fue puro azar. En otras palabras, los D-aminoácidos podrían haber prevalecido.”

¿Qué Sigue a Continuación?

Hazen dice que este estudio inicial abre muchas avenidas de investigación. No solamente existen docenas de minerales potenciales que podrían haber seleccionado y organizado aminoácidos, sino que hay 20 diferentes aminoácidos que ocurren en los sistemas vivos. A más de ésto, Hazen entiende que hay muchos otros factores que todavía deben ser examinados.

“¡Hay tanto para hacer!”, dice. “Debemos estudiar los efectos de la temperatura, del pH, de la salinidad, y de la concentración en la adsorción. Luego, estarán todos los estudios acerca de la polimerización en la superficie de la calcita; ¿podremos simular los ciclos de humidificación y secado para crear cadenas homoquirales de aminoácidos?. También deberemos entender esta adsorción en una escala atómica. Hemos comenzado a realizar estudios microscópicos atómicos para ver las moléculas adsorbidas, e intentaremos crear un modelo de este proceso de adsorción.”