Nuevo experimento con grietas para descifrar los orígenes químicos de la vida

La formación de biopolímeros y otras moléculas biológicas fue un momento clave en los orígenes de la vida en la Tierra primitiva. Sin embargo, estos procesos son difíciles de reproducir en el laboratorio, donde resulta complicado aislar una amplia gama de estos compuestos a la vez y en cantidades significativas.

Ahora, biofísicos de la Universidad de Múnich (Alemania) han comprobado que los flujos de calor que circulan por las grietas en las rocas, como las que se encuentran en volcanes o los sistemas geotérmicos, pueden purificar moléculas relevantes en los orígenes químicos de la vida. Los resultados se publican en la revista Nature.

Los flujos de calor que circulan por las grietas en las rocas, como las que se encuentran en volcanes o los sistemas geotérmicos, pueden purificar moléculas relevantes en los orígenes químicos de la vida

Para realizar su investigación han utilizado cámaras de inspiración geológica con diminutas grietas, de unas 170 micras de grosor. En la corteza terrestre se pueden encontrar vastas redes con fisuras similares y se cree que abundaban en nuestro planeta antes de que se formaran los primeros organismos vivos.

«Nuestro sistema experimental (cámaras delgadas con diferencias de temperatura entre ambos lados) imita esas grietas de la roca por las que fluye el calor», explica a SINC uno de los autores, Christof Mast.

«Dado que el calor se puede considerar un ‘residuo’ energético universal de muchos procesos y que esas fisuras se producen, por ejemplo, por enfriamiento rápido de roca caliente, el proceso que estamos estudiando podría tener lugar cerca de regiones volcánicamente activas o en sistemas hidrotermales o geotérmicos submarinos», añade.

Aislar moléculas prebióticas

La red de grietas recreada en el laboratorio se utilizó para separar más de 50 moléculas importantes para la vida prebiótica a partir de mezclas complejas de aminoácidos, nucleobases (adenina, citosina, guanina, timina y uracilo), nucleótidos y otros compuestos.

La red de grietas recreada en el laboratorio se utilizó para separar más de 50 moléculas importantes para la vida prebiótica a partir de mezclas complejas

Esas mezclas se filtraron a lo largo de un gradiente de temperatura, lo que permitió aislar y enriquecer sustancias específicas debido a ligeras diferencias en su estructura molecular. Así se lograron separar, por ejemplo, algunos aminoazoles y aminoácidos, aumentando sus concentraciones en un factor de diez y tres órdenes de magnitud, respectivamente.

Los porcentajes se pudieron mejorar aún más al incrementar el tamaño de la red de grietas, cuya eficacia se comprobó con diversas temperaturas, disolventes y valores de pH.

«Nuestras investigaciones muestran cómo simples flujos de calor podrían haber puesto orden en medio del caos químico de los tiempos primordiales y haber fomentado las primeras reacciones prebióticas», afirma Mast.

Nuestras investigaciones muestran cómo simples flujos de calor podrían haber puesto orden en medio del caos químico de los tiempos primordiales y haber fomentado las primeras reacciones prebióticas

Christof Mast (Universidad de Múnich)

Unión de dos glicinas

En concreto, se confirmó que las condiciones experimentales facilitaban el acoplamiento de dos moléculas (dimerización) del aminoácido glicina, un punto de partida en la síntesis de péptidos, gracias a que se alcanzaron concentraciones cinco veces superiores a las de la mezcla inicial.

Experimento y modelo de la dimerización de la glicina (Gly) con trimetafosfato (TMP) y flujo de calor en las grietas. / T. Matreux et al./Nature

En conjunto, el grupo de Mast ha demostrado experimentalmente la acumulación selectiva en unos 60 componentes prebióticos y sus distintas respuestas ante los gradientes térmicos de las fisuras de la roca.

«En un sistema de grietas interconectadas, este efecto se refuerza y produce mezclas con diferentes composiciones de sustancias prebióticas en cada fisura», sostiene Thomas Matreux, otro de los autores.

Por su parte, la coautora Paula Aikkila comenta: «Aunque la solución inicial era uniformemente diluida y, por tanto, poco reactiva, unos simples flujos de calor pueden generar una asombrosa variedad de posibles condiciones de partida para la química prebiótica».

Se proporciona un método eficaz para producir los compuestos necesarios para estudiar los orígenes de la vida

Según los investigadores, el éxito de su método indica que los flujos de calor geotérmico natural podrían haber impulsado la separación de sustancias en la Tierra primitiva y proporciona una técnica eficaz para producir los compuestos necesarios para estudiar los orígenes de la vida.

Mast concluye: “El escenario que investigamos podría haber sido una ‘herramienta’ muy general y ampliamente disponible para que la naturaleza permitiera que diferentes etapas de reacción tuvieran lugar de forma ‘controlada’ mediante el enriquecimiento termogravatorio de productos intermedios. De momento solo hemos aplicado este enriquecimiento a la reacción de dimerización de la glicina, muy sencilla. La investigación futura se centrará en reacciones prebióticas más complejas que comprendan múltiples pasos”.

Referencia:

Thomas Matreux, Christof B. Mast et al. “Heat flows enrich prebiotic building blocks and enhance their reactivity”. Nature