Hace miles de millones de años, en una joven Tierra primitiva, la vida empezó a florecer, a tomar forma; estaba comenzando a desarrollar condiciones adecuadas para la vida. Pero, ¿cómo exactamente? Durante mucho tiempo, los científicos han estado intentando dilucidar cómo fue el proceso a través del que surgieron por primera vez las primeras células complejas que formaron y forman plantas, animales y nosotros, los humanos.
Ahora, estamos un paso más cerca de descubrir cómo se desarrolló la vida por primera vez en la Tierra. Un estudio del Instituto de Investigación Scripps que recoge la revista Chem, arroja luz sobre este misterio, centrándose en pequeñas burbujas que podrían haber sido las primeras células de la Tierra: las vesículas de fosfolípidos. Estas moléculas son únicas porque una parte de ellas es atraída por el agua (hidrófilas), mientras que la otra parte es repelida por el agua (hidrófobas). Cuando se colocan en agua, los fosfolípidos se agrupan de una manera específica y pueden capturar otros materiales en su interior.
El inicio de todo
El estudio ha revelado cómo las acumulaciones de grasas formaron las membranas de las primeras células. Resulta que la fosforilación (donde se añaden grupos fosfato a la molécula) ocurrió mucho antes de lo que pensábamos. Los científicos han descubierto una vía por la que las protocélulas se formaron por primera vez y progresaron químicamente para permitir una diversidad de funciones.
Si la fosforilación tuvo lugar antes, habría protocélulas de doble cadena estructuralmente más complejas, capaces de albergar reacciones químicas y dividirse con una amplia gama de funcionalidades, esto es, proteocélulas en versiones más avanzadas de sí mismas, capaces de ser más versátiles, estables y químicamente activas.
“En algún momento todos nos preguntamos de dónde venimos. 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 para la vida”, explicó Ramanarayanan Krishnamurthy, autor principal de la investigación. "Este hallazgo nos ayuda a comprender mejor los entornos químicos de la Tierra primitiva para que podamos descubrir los orígenes de la vida y cómo la vida puede evolucionar en la Tierra del pasado", continúa el experto.
Probando la tesis en laboratorio
Los investigadores plantearon la hipótesis de que debido a que el proceso está tan extendido en las funciones biológicas del cuerpo, la fosforilación debería haber estado involucrada en las primeras etapas de la formación de protocélulas. Esto lo resolvieron replicando en laboratorio las condiciones de esos primeros días de nuestro planeta. Y, con algunos ajustes de temperatura y acidez, pudieron obtener las reacciones químicas que buscaban, lo que demuestra que la fosforilación podría haber estado funcionando cuando las protocélulas se desarrollaron en esa fuente termal original.
El estudio demostró que la incorporación de fosfolípidos cíclicos daba como resultado la formación de una colección diversa de vesículas. Estas vesículas exhibieron diversas formas y estructuras (morfologías) y mantuvieron la estabilidad en diversas condiciones, incluidas diferentes concentraciones de iones metálicos, temperaturas y niveles de pH.
"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 4.000 millones de años", dice el químico Sunil Pulletikurti, del Instituto de Investigación Scripps.
El equipo lo describe como una "vía plausible" para la creación de fosfolípidos, el tipo más complejo de membrana vesicular. Sin embargo, aún quedan muchos más estudios por hacer antes de que podamos estar seguros de cómo surgió la vida en la Tierra.
"Hemos descubierto una vía plausible de cómo podrían haber surgido los fosfolípidos durante este proceso evolutivo químico", aclaró el biofísico Ashok Deniz, coautor principal del estudio y profesor en el Departamento de Biología Computacional y Estructural Integrativa de Scripps Research. "Es emocionante descubrir cómo las primeras químicas pueden haber hecho la transición para permitir la vida en la Tierra. Nuestros hallazgos también sugieren una riqueza de física intrigante que puede haber desempeñado papeles funcionales clave en el camino hacia las células modernas".
Esta investigación tiene implicaciones importantes para nuestra comprensión del origen de la vida en la Tierra y más allá. Al descubrir los mecanismos mediante los que las células se habrían formado por primera vez, los científicos están obteniendo conocimientos valiosos sobre los procesos fundamentales que dieron origen a la vida tal y como la conocemos.
Referencias:
- Experimentally Modeling the Emergence of Prebiotically Plausible Phospholipid Vesicles, Chem (2024). DOI: 10.1016/j.chempr.2024.02.007. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(24)00069-X
- Matveev, V. (2019). Cell theory, intrinsically disordered proteins, and the physics of the origin of life.. Progress in biophysics and molecular biology. https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2019.04.001.
- Schreiber, U. (2022). Storage of biochemical information as the start of life: A hypothetical model for the development of the first cell. . https://doi.org/10.20944/preprints202201.0364.v1.
- Natsheh, H., & Touítou, E. (2020). Phospholipid Vesicles for Dermal/Transdermal and Nasal Administration of Active Molecules: The Effect of Surfactants and Alcohols on the Fluidity of Their Lipid Bilayers and Penetration Enhancement Properties. Molecules, 25. https://doi.org/10.3390/molecules25132959.
