Seleccionar página

La Tierra primitiva no era el lugar más hospitalario del Universo, pero en todo este caos surgió algo de vida. Crédito de la imagen: Peter Sawyer / Institución Smithsonian.

Durante casi nueve décadas, la explicación favorita de las ciencias para el origen de la vida ha sido la sopa primordial. Esta es la idea de que la vida comenzó a partir de una serie de reacciones químicas en un estanque cálido en la superficie de la Tierra, desencadenadas por una fuente de energía externa, como un rayo o luz ultravioleta (UV). Pero una investigación reciente agrega peso a una idea alternativa, que la vida surgió en las profundidades del océano dentro de estructuras rocosas cálidas llamadas respiraderos hidrotermales.

Un estudio publicado el mes pasado en Nature Microbiology sugiere que el último ancestro común de todas las células vivas se alimentó de gas hidrógeno en un ambiente caliente rico en hierro, muy parecido al de los conductos de ventilación. Los defensores de la teoría convencional se han mostrado escépticos de que estos hallazgos deberían cambiar nuestra visión de los orígenes de la vida. Pero la hipótesis del respiradero hidrotermal, que a menudo se describe como exótica y controvertida, explica cómo las células vivas desarrollaron la capacidad de obtener energía, de una manera que simplemente no habría sido posible en una sopa primordial.

Según la teoría convencional, la vida supuestamente comenzó cuando un rayo o los rayos ultravioleta provocaron que moléculas simples se unieran en compuestos más complejos. Esto culminó en la creación de moléculas de almacenamiento de información similares a nuestro propio ADN, alojadas dentro de las burbujas protectoras de las células primitivas. Los experimentos de laboratorio confirman que en estas condiciones se pueden crear pequeñas cantidades de bloques de construcción moleculares que forman proteínas y moléculas que almacenan información. Para muchos, la sopa primordial se ha convertido en el entorno más plausible para el origen de las primeras células vivas.

Pero la vida no se trata solo de replicar la información almacenada en el ADN. Todos los seres vivos tienen que reproducirse para sobrevivir, pero replicar el ADN, ensamblar nuevas proteínas y construir células desde cero requiere enormes cantidades de energía. En el centro de la vida se encuentran los mecanismos para obtener energía del medio ambiente, almacenarla y canalizarla continuamente hacia las reacciones metabólicas clave de las células.

¿Evolucionó la vida alrededor de los respiraderos hidrotermales de aguas profundas?
Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU./Wikimedia Commons

De dónde viene esta energía y cómo llega allí nos puede decir mucho sobre los principios universales que gobiernan la evolución y el origen de la vida. Estudios recientes sugieren cada vez más que la sopa primordial no era el tipo de entorno adecuado para impulsar la energía de las primeras células vivas.

Su clásico conocimiento de libro de texto de que toda la vida en la Tierra está alimentada por energía suministrada por el sol y capturada por las plantas, o extraída de compuestos simples como el hidrógeno o el metano. Mucho menos conocido es el hecho de que toda la vida aprovecha esta energía de la misma manera bastante peculiar.

Este proceso funciona un poco como una represa hidroeléctrica. En lugar de impulsar directamente sus reacciones metabólicas centrales, las células utilizan la energía de los alimentos para bombear protones (átomos de hidrógeno cargados positivamente) a un depósito detrás de una membrana biológica. Esto crea lo que se conoce como un gradiente de concentración con una mayor concentración de protones en un lado de la membrana que en el otro. Luego, los protones fluyen de regreso a través de turbinas moleculares incrustadas dentro de la membrana, como el agua que fluye a través de una presa. Esto genera compuestos de alta energía que luego se utilizan para impulsar las actividades del resto de las células.

La vida podría haber evolucionado para explotar cualquiera de las innumerables fuentes de energía disponibles en la Tierra, desde calor o descargas eléctricas hasta minerales naturalmente radiactivos. En cambio, todas las formas de vida son impulsadas por diferencias de concentración de protones a través de las membranas celulares. Esto sugiere que las primeras células vivas recolectaron energía de manera similar y que la vida misma surgió en un entorno en el que los gradientes de protones eran la fuente de energía más accesible.

Hipótesis de ventilación

Estudios recientes basados ​​en conjuntos de genes que probablemente estuvieron presentes en las primeras células vivas rastrean el origen de la vida hasta los respiraderos hidrotermales de aguas profundas. Son estructuras geológicas porosas producidas por reacciones químicas entre roca sólida y agua. Los fluidos alcalinos de la corteza terrestre fluyen por el respiradero hacia el agua oceánica más ácida, creando diferencias naturales de concentración de protones notablemente similares a las que alimentan a todas las células vivas.

Los estudios sugieren que en las primeras etapas de la evolución de la vida, las reacciones químicas en las células primitivas probablemente fueron impulsadas por estos gradientes de protones no biológicos. Luego, las células aprendieron cómo producir sus propios gradientes y escaparon de los conductos de ventilación para colonizar el resto del océano y, finalmente, el planeta.

Mientras que los defensores de la teoría de la sopa primordial argumentan que las descargas electrostáticas o la radiación ultravioleta del Sol impulsaron las primeras reacciones químicas de la vida, la vida moderna no está alimentada por ninguna de estas fuentes de energía volátiles. En cambio, en el centro de la producción de energía de la vida hay gradientes de iones a través de las membranas biológicas. Nada ni remotamente similar podría haber surgido dentro de los cálidos estanques de caldo primigenio en la superficie de la Tierra. En estos ambientes, los compuestos químicos y las partículas cargadas tienden a diluirse uniformemente en lugar de formar gradientes o estados de no equilibrio que son tan importantes para la vida.

Los respiraderos hidrotermales de aguas profundas representan el único entorno conocido que podría haber creado moléculas orgánicas complejas con el mismo tipo de maquinaria de captación de energía que las células modernas. Buscar los orígenes de la vida en la sopa primordial tenía sentido cuando se sabía poco sobre los principios universales de la energía de la vida. Pero a medida que se expande nuestro conocimiento, es hora de adoptar hipótesis alternativas que reconozcan la importancia del flujo de energía que impulsa las primeras reacciones bioquímicas. Estas teorías cierran a la perfección la brecha entre la energía de las células vivas y las moléculas no vivas.

Arunas L Radzvilavicius , , UCL

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lee el artículo original.

"