«Se han respondido varias preguntas sobre el origen de la vida, pero aún queda mucho por estudiar», afirmaron Stanley Miller y Harold Urey en 1959 tras informar sobre la síntesis de aminoácidos en condiciones de la Tierra primitiva. A pesar de los numerosos avances, los científicos llevan mucho tiempo lidiando con una pregunta fundamental: ¿qué material genético se formó primero en la Tierra primitiva, el ADN o el ARN , o una combinación de ambos? Actualmente, existen indicios que sugieren que tanto el ADN como el ARN pudieron haber coexistido en la sopa primordial, a partir de la cual las formas de vida pudieron haber evolucionado con sus respectivos materiales genéticos.
El dogma central de la biología molecular establece que el ADN produce ARN y este produce proteínas . Las proteínas son responsables de la mayoría, si no de todas, las reacciones que tienen lugar en un organismo. La funcionalidad completa de un organismo depende en gran medida de la presencia e interacción de las moléculas de proteínas . Según el dogma central, las proteínas se producen a partir de la información contenida en el ADN , que se convierte en proteína funcional mediante un mensajero llamado ARN. Sin embargo, es posible que las proteínas sobrevivan de forma independiente sin ADN ni ARN , como ocurre con los priones ( moléculas de proteínas mal plegadas que no contienen ADN ni ARN ), pero que pueden sobrevivir por sí solas.
Por tanto, puede haber tres escenarios para el origen de la vida.
A) Si las proteínas o sus componentes básicos pudieron formarse abióticamente durante la atmósfera que existió hace miles de millones de años en la sopa primordial, las proteínas pueden considerarse la base del origen de la vida . La evidencia experimental a su favor proviene del famoso experimento de Stanley Miller 1, 2 , que demostró que cuando una mezcla de metano, amoníaco, agua e hidrógeno se mezclan y circulan a través de una descarga eléctrica, se forma una mezcla de aminoácidos. Esto fue corroborado nuevamente siete años después 3 en 1959 por Stanley Miller y Harold Urey, quienes afirmaron que la presencia de una atmósfera reductora en la Tierra primitiva dio lugar a la síntesis de compuestos orgánicos en presencia de los gases mencionados anteriormente, además de pequeñas cantidades de monóxido de carbono y dióxido de carbono. La relevancia de los experimentos de Miller-Urey fue cuestionada por la comunidad científica durante varios años, quienes pensaron que la mezcla de gases utilizada en su investigación era demasiado reductora con respecto a las condiciones que existían en la Tierra primitiva. Varias teorías apuntaron a una atmósfera neutra que contenía un exceso de CO2 con N2 y vapor de agua 4 . Sin embargo, también se ha identificado una atmósfera neutra como un entorno plausible para la síntesis de aminoácidos⁵ . Además, para que las proteínas actúen como origen de la vida, necesitan autorreplicarse, lo que da lugar a una combinación de diferentes proteínas para satisfacer las distintas reacciones que tienen lugar en un organismo.
B) Si la sopa primordial proporcionó las condiciones para la formación de los bloques de construcción del ADN y/o el ARN , cualquiera de ellos podría haber sido el material genético. Hasta ahora, la investigación favorecía al ARN como material genético para el origen de las formas de vida debido a su capacidad de plegarse sobre sí mismo, existir como una sola hebra y actuar como una enzima⁶ , capaz de producir más moléculas de ARN . A lo largo de los años se han descubierto varias enzimas de ARN autorreplicantes⁷, lo que sugiere que el ARN fue el material genético inicial. Esto se vio reforzado por la investigación realizada por el grupo de John Sutherland, que condujo a la formación de dos bases de ARN en un entorno similar a la sopa primordial al incluir fosfato en la mezcla⁸ . También se ha demostrado la formación de bloques de construcción de ARN simulando una atmósfera reductora (que contiene amoníaco, monóxido de carbono y agua), similar a la utilizada en el experimento de Miller-Urey, y luego haciendo pasar descargas eléctricas y láseres de alta potencia a través de ella⁹ . Si se cree que el ARN fue el originador, ¿cuándo y cómo surgieron el ADN y las proteínas? ¿Se desarrolló el ADN como material genético más tarde debido a la naturaleza inestable del ARN, y posteriormente surgieron las proteínas? Todas estas preguntas siguen sin respuesta.
C) El tercer escenario, que plantea que el ADN y el ARN pueden coexistir en la sopa primordial que dio origen a la vida, surgió de estudios publicados el 3 de junio de 2020 por el grupo de John Sutherland del Laboratorio MRC en Cambridge, Reino Unido. Los investigadores simularon las condiciones que existían en una Tierra primitiva hace miles de millones de años, utilizando estanques poco profundos en el laboratorio. Primero disolvieron en agua sustancias químicas que forman ARN , luego las secaron y calentaron, y finalmente las sometieron a radiación UV que simulaba los rayos solares existentes en la época primigenia. Esto no solo condujo a la síntesis de los dos componentes básicos del ARN , sino también del ADN , lo que sugiere que ambos ácidos nucleicos coexistieron en el momento del origen de la vida 10.
Basado en el conocimiento contemporáneo existente hoy y honrando el dogma central de la biología molecular, parece plausible que el ADN y el ARN coexistieran que llevaron al origen de la vida y la formación de proteínas vino / ocurrió más tarde.
Sin embargo, el autor desea especular sobre otro escenario en el que las tres macromoléculas biológicas importantes (ADN, ARN y proteína) coexistieron en la sopa primordial. Las condiciones complejas de dicha sopa, que incluían la composición química de la superficie terrestre, erupciones volcánicas y la presencia de gases como amoníaco, metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono y agua, podrían haber sido ideales para la formación de todas las macromoléculas. Un indicio de esto lo proporciona la investigación realizada por Ferus et al., donde se formaron nucleobases en la misma atmósfera reductora utilizada en el experimento de Miller-Urey. Si aceptamos esta hipótesis, entonces, durante el curso de la evolución, los diferentes organismos adoptaron uno u otro material genético que favoreció su supervivencia.
Sin embargo, a medida que intentamos comprender el origen de las formas de vida, se requiere mucha más investigación para responder las preguntas fundamentales y pertinentes sobre cómo se originó y se propagó la vida. Esto requeriría un enfoque “listo para usar” sin depender de los prejuicios introducidos en nuestro pensamiento por los dogmas actuales seguidos en la ciencia.
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Referencias:
1. Miller S., 1953. Producción de aminoácidos en posibles condiciones de la Tierra primitiva. Science. 15 de mayo de 1953: Vol. 117, número 3046, pp. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al. 2003. Sopa prebiótica: una revisión del experimento de Miller. Science, 02 de mayo de 2003: vol. 300, número 5620, págs. 745-746. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL y Urey HC, 1959. Síntesis de compuestos orgánicos en la Tierra primitiva. Science, 31 de julio de 1959: vol. 130, número 3370, págs. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Composición atmosférica y clima en la Tierra primitiva. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). Publicado: 07 de septiembre de 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al. 2008. Una reevaluación de la síntesis orgánica prebiótica en atmósferas planetarias neutras. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. La secuencia de ARN interviniente de Tetrahymena es una enzima. Science, 31 de enero de 1986: vol. 231, número 4737, págs. 470-475. DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al. 2011. Transcripción de una ribozima activa catalizada por ribozimas. Science, 08 de abril: vol. 332, número 6026, págs. 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. y Sutherland, J., 2009. Síntesis de ribonucleótidos de pirimidina activados en condiciones prebióticamente plausibles. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al. 2017. Formación de nucleobases en una atmósfera reductora de Miller-Urey. PNAS, 25 de abril de 2017, 114 (17) 4306-4311; publicado por primera vez el 10 de abril de 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Formación prebiótica selectiva de nucleósidos de pirimidina de ARN y purina de ADN . Nature 582, 60–66 (2020). Publicado: 03 de junio de 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
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