Vesículas dentro de una estructura similar a un protocolo. Investigación de guión de crédito
Hace unos 4 mil millones de años, la Tierra estaba creando condiciones adecuadas para la vida. Los científicos del comienzo de la vida a menudo se preguntan si el tipo de química encontrada en la Tierra primitiva era la misma que la vida necesita hoy.
Saben que los agregados esféricos de grasa, llamados protoplastos, fueron precursores de las células durante este surgimiento de la vida. Pero, ¿cómo surgieron por primera vez protocolos simples que finalmente condujeron a la diversidad de la vida en la Tierra?
Ahora, los científicos investigadores de Scripps han descubierto una forma plausible de cómo los protocolos pueden haberse creado y evolucionado químicamente por primera vez para permitir la diversidad funcional.
Los hallazgos, publicados en línea el 29 de febrero de 2024 en la revista Chem, sugieren que un proceso químico llamado fosforilación (donde se agregan grupos fosfato a la molécula) puede ocurrir antes de lo esperado. Esto conducirá a protocolos de doble cadena estructuralmente más complejos que sean capaces de conservar reacciones químicas y distribuirlas con una variedad de eficiencias. Al revelar cómo se crearon los protocolos, los científicos pueden comprender mejor cómo pudo haber ocurrido la evolución temprana.
«En algún momento todos nos preguntamos de dónde venimos. «Ahora hemos descubierto una forma plausible de incorporar fosfatos en estructuras similares a células antes de lo que se pensaba, que forman los componentes básicos de la vida», dijo Ramanarayan Krishnamoorthy, Ph.D., autor principal correspondiente y profesor del departamento. Química en Scripps Research. «Este hallazgo nos ayuda a comprender mejor el entorno químico de la Tierra primitiva, para que podamos revelar los orígenes de la vida y cómo la vida podría haber evolucionado en la Tierra primitiva».
Krishnamurthy y su equipo estudiaron cómo los procesos químicos condujeron a las formaciones y sustancias químicas simples que existían antes de la aparición de la vida en la Tierra prebiótica. Krishnamurthy también es codirector de una iniciativa de la NASA que investiga cómo evolucionó la vida a partir de estos entornos primitivos.
En este estudio, Krishnamurthy y su equipo colaboraron con el laboratorio del biofísico de materia blanda Ashok Dines, PhD, autor principal asociado y profesor en el Departamento de Biología Computacional y Estructural Integrativa de Scripps Research. Intentaron comprobar si las fosfatasas podrían estar implicadas en la formación de protocélulas. Los fosfatos están presentes en casi todas las reacciones químicas del cuerpo, por lo que Krishnamurthy sospecha que ya fueron reconocidos.
Los científicos pensaban que los protones se formaban a partir de ácidos grasos, pero no estaba claro cómo los protones pasaban de una cadena simple a una cadena doble de fosfatos, lo que les permite ser más estables y detener las reacciones químicas.
Los científicos querían simular posibles condiciones prebióticas: entornos que existían antes de que apareciera la vida. Fueron los primeros en identificar tres posibles combinaciones de sustancias químicas que podrían formar vesículas, estructuras esféricas de lípidos similares a proteínas. Los productos químicos utilizados incluyen ácidos grasos y glicerol (un subproducto común de la producción de jabón que puede haber existido durante los primeros días de la Tierra). Luego, observaron las reacciones de estos compuestos y agregaron sustancias químicas adicionales para crear nuevos compuestos. Estas soluciones se enfriaron y calentaron durante la noche con cierta agitación para promover la reacción química.
Luego utilizaron tintes fluorescentes para examinar la mezcla y decidir si se había producido formación de vesículas. En algunos casos, los investigadores también utilizaron diferentes pH y proporciones de ingredientes para comprender mejor cómo estos factores afectan la formación de vesículas. También observaron el efecto de los iones metálicos y la temperatura sobre la estabilidad de las vesículas.
«Durante nuestros experimentos, las vesículas pudieron pasar de un ambiente de ácidos grasos a un ambiente de fosfolípidos, lo que sugiere un ambiente químico similar hace 4 mil millones de años», dijo el primer autor Sunil Pultikerty, investigador postdoctoral en el laboratorio de Krishnamurthy.
Parece que los ácidos grasos y el glicerol pueden haber sufrido una fosforilación para crear una estructura de doble cadena más estable. En particular, los ésteres de ácidos grasos derivados del glicerol pueden dar lugar a vesículas con diferentes tolerancias a los iones metálicos, la temperatura y el pH, un paso crítico en la diversificación de la evolución.
«Hemos descubierto una forma plausible de cómo podrían haber evolucionado los fosfolípidos durante esta evolución química», dice Denes. «Es interesante descubrir cómo las primeras químicas podrían haber cambiado para permitir la vida en la Tierra». Nuestros resultados también apuntan a una gran cantidad de físicas sorprendentes que pueden haber desempeñado importantes funciones funcionales en el recorrido de las células modernas.
A continuación, los científicos planean examinar por qué algunas vesículas se fusionan mientras que otras se dividen para comprender mejor los procesos dinámicos del protocolo.
Los autores del estudio, «Modelado experimental de la aparición de vesículas de fosfolípidos prebióticamente plausibles», incluyen a Sunil Platekarty, Veena S. Koleri, Mahipal Yadav, Ashok A. Deans y Raman Narayan Krishnamurthy de Scripps Research.
El trabajo fue apoyado por Astrobiología-Exobiología de la NASA (Subvención 80NSSC20K0625) y la Fundación Simon (Subvención 327124FY19).
Acerca de la investigación Scripps
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